1960 년대에 발견 된 이래로 Ultrahigh-Energy Cosmic Rays는 과학자들이 어디에서 왔는지 궁금해했습니다. 모든 우주 광선과 마찬가지로, 그들은 아마도 이름이 잘못되었습니다. 그들은 방사선의“광선”이 아니라 오히려 양자의 입자, 예를 들어 양자 또는 심지어 전체 핵, 공간을 통과합니다. 이러한 초고속 에너지는 초고속 속도에서 비롯된 빛 자체에 접근합니다.
"Ultrahigh"로 간주 되려면 우주 광선은 키보드에서 단일 문자를 탭하는 데 필요한 수백 분의 1의 약 10 분의 1의 운동 에너지의 Quintillion Electron Volts 또는 1,000 Peta-Electron Volts (PEV)의 순서를 수행해야합니다. 먼지의 얼룩보다 작은 물체에 너무 많은 에너지를 짜는 것은 인류의 가속기의 능력을 초과하는 것입니다.
그리고 평균적인 초고 에너지 우주 광선으로서 턱이 떨어지는 것처럼, 연구원들이 관찰 한 매우 드문 과잉 자체는 진정으로 놀랍고 최대 300 배 더 큰 에너지를 가지고 있습니다. 참고로, 그것은 특히 깊은 공간에서 상처를 입히는 특히 빠른 아 원자 발사체가 잘 맞는 테니스 공의 벽을 포장 할 수 있음을 의미합니다.
.천체 물리학 자들은이 입자들이 그러한 우스운 속도로 정확히 무엇을 가속화하는지 아직 알지 못하지만 필사적으로 알아 내기를 원합니다. 유일한 그럴듯한 범인은 진정으로 대격변의 사건입니다. 거대한 별의 폭발적인 죽음이나 은하수 너머의 초대형 블랙홀의 폭발적인 먹이와 같은이 특별한 입자는이 특별한 입자들이 우주의 깊이에서 가장 극단적 인 물리의 깊이로부터의 메신저가되어야한다는 것을 의미합니다.
그러나 하나의 큰 문제가 있습니다. 하전 입자로서, 모든 우주 광선은 접촉하는 전자기장에 의해 여행에서 전환되어 진정한 천상의 기원으로 추적하는 것이 거의 불가능합니다. 다행스럽게도 연구자들은 자연이 또 다른 방법을 제공한다는 것을 발견했습니다. 중성미자 연구, 전기 중성 입자, 가장 높은 에너지 우주 광선 자체와 동일한 공급원에서 생산되는 것으로 생각됩니다.
시카고 대학교의 천체 물리학자인 아비가일 비어그 (Abigail Vieregg)는“중성미자를 완벽한 메신저 입자로 생각합니다. "그들은 그들이 어떤 것과 상호 작용하지 않고 우주에서 멀리 떨어진 곳에서 여행한다는 점에서 독특합니다."
.중성미자로 우주를 조사합니다
평균 중성미자는 전체 광년 (9.5 조 킬로미터의 밀도가 높은 금속)을 통과 할 수있는 50-50 확률을 가지고 있습니다. 그 심오한 충성은 입자가 다른 메신저보다 이점을 제공합니다. 물질과 거의 상호 작용하지 않기 때문에 중성미자는 그들이 어디에서 왔는지 곧바로 포인트합니다. 그러나 이것은 양날의 검입니다. 마치 우주를 투명한 것처럼 가로 지르는 불가피한 결과는 중성미자가 일반적으로 흔적이 아닌 같은 방식으로 지구의 탐지기를 통과한다는 것입니다.
중성미자를 볼 확률을 높이려면 과학자들은 남극의 IceCube 실험과 같은 거대한 탐지기를 구축해야하며, 이는 다양한 광학 센서가 장착 된 입방 킬로미터의 남극 얼음으로 구성됩니다. 세계 최대의 중성미자 천문대 인 아이스 큐브는 중성미자가 얼음의 분자와 충돌 할 때 생성되는 하전 입자 샤워에 의해 방출되는 빛의 섬광을 검색합니다. 2018 년 Icecube는 거대한 플레어 블라자르의 중성미자를보고했습니다. 그리고 최근 2 월처럼, 그것은 별에서 중성미자가 블랙홀에 의해 찢어지는 증거를 보았습니다.
그러나 Vieregg는“Icecube는 단지 증기가 부족하다”고 말했다. Vieregg는 말하면서, 극도의 속도로 가속 된 입자가 매우 드물기 때문에 초고 에너지 중성미자의 광학 흔적을 관찰 할 수있는 합리적인 기회를 갖기 위해서는 적어도 100 입방 킬로미터의 얼음이 필요하다고 지적했다. 이 문제는 검출 단위 사이의 간격에 있습니다. 빛은 흩어 지거나 흡수되기 전에 얼음에서 수십 미터 만 이동할 수 있으므로 광학 어레이는 조밀하게 포장되어야하며 달성 가능한 탐지기 크기를 엄격히 제한해야합니다.
.따라서, 100 입방 킬로미터의 icecube 스타일 전망대가 기술 및 재정적 타당성의 경계를 훨씬 능가하기 때문에 초고 에너지 입자의 공급원은 발견되지 않은 채로 남아 있습니다. 최초의 Ultrahigh-Energy Neutrino를 관찰하려는 그들의 astrophysicists는 대신 무선 탐지의보다 경제적 인 접근 방식으로 초점을 바꿨습니다. 무선 파장은 광학 조명보다 얼음으로 수백 미터 더 이동할 수 있으므로 비용의 일부에서 훨씬 더 큰 볼륨을 커버하기 위해 드러나는 감지 장치를 구축 할 수 있습니다.
.NASA의 Goddard Space Flight Center의 천체 물리학자인 Tonia Venters는“라디오는 미래입니다. "나는 그것을 다른 탐지 기술에서 우리가 매우 어려운 일을 할 수있는 잠재력을 가진 보완 프로브로 본다."
.중성미자 라디오 방출
얼음과 같은 재료에서 하전 된 입자 샤워의 무선 방출은 Ultrahigh 에너지의 광학 신호보다 훨씬 강해서 극단 우주에 매력적인 프로브가됩니다. 이 현상은 1962 년에 처음으로 그것을 예측 한 러시아-아르메니아 물리학 자 구르 겐 아시안 (Gurgen Askaryan) 이후에 아시안 효과로 알려져있다.
그러나 Askaryan 효과를 관찰하려는 초기 시도는 실패한 것으로 판명되었으며, 이는 Ultrahigh-Energy 입자 검출에 사용될 수있는 광범위한 회의론을 초래합니다. Mānoa의 하와이 대학의 천체 물리학자인 Peter Gorham은“이것이 실제 효과인지에 대해서는 의심의 여지가 많았습니다. "많은 고 에너지 입자 물리학자가 이것을 진지하게 받아들이지 않았습니다."
그럼에도 불구하고 작지만 탄력적 인 물리학 자 팀이 인내했고,이 분야는 2000 년 스탠포드 선형 가속기 센터 (SLAC)의 트레일러 뒤에서 Askaryan 효과를 확인했을 때 전환점에 도달했습니다.
Askaryan의 예측 후 거의 60 년이 지난 지금, 라디오 정권에서의 중성미자 탐지가 이륙하고 있습니다. SLAC 팀의 일원 인 Gorham은“이것이 나올 수있는 새로운 물리학은 우리가 꿈꾸는 것도 아닙니다. "우리는 우주 가속기의 본질에 대해 배우고 다른 방법으로는 접근 할 수없는 에너지 공간 영역을 관찰 할 것입니다."
.차세대 라디오 노력
Mānoa의 하와이 대학교에서 Gorham이 이끄는 중성미자 라디오 천문학의 선구적인 노력은 2006 년에 데이터를 수집하기 시작한 Anita (Antarctic Impulsive Transient Antenna)였으며, 거대한 헬륨 균열 아래에서 점진적으로 업데이트 된 Antennas 세트로 구성된 4 개의 월간 관찰 캠페인을 통해 10 년 동안 10 년 동안 10 년 동안 진행되었습니다. Ultrahigh-Energy Neutrino Strikes의 무선 방출 징후를 위해 아래 남극 빙상을 스캔하기 위해 공기 중의 킬로미터.
1 월 NASA는 Anita의 유산에서 구축 될 차세대 실험 인 Ultrahigh Energy Observations (Pueo)에 대한 페이로드에 자금을 지원했습니다. 그들의 고도의 관점은 Anita 및 Pueo와 같은 풍선 매개 탐지기가 중성미자 검색에서 백만 평방 킬로미터 이상의 얼음을 모니터링 할 수 있기 때문에 지상 실험보다 독특한 가장자리를 제공합니다. Pueo의 첫 비행은 2024 년에 예상되며, 더 많은 에너지에 대한 민감도 증가와 중성미자 이벤트 속도가 높을수록 Anita에 대한 여러 기술 발전을 통합 할 것입니다.
.그러나 풍선 매개 검색으로 자랑하는 확대 된 시야는 안테나 어레이가 얼음 위로 날아 가기 때문에 더 희미한 중성미자 신호에서 무선 방출을 볼 수 없다는 사실에 의해 균형을 이룹니다. 또 다른 단점은 날씨가 어려운 현실입니다. 가난한 조건은 남극 빙상에 대한 모든 종류의 풍선 작업에 대한 정기적 인 혼란입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 천체 물리학 자들은“두 세계의 최고”접근 방식을 채택하여 대량의 얼음 안에 새로운 라디오 배열을 만들어 넓은 에너지 범위를위한 풍선 매개 실험과 함께 작동 할 수 있습니다. 많은 작은 노력으로 인해 연구원들은 시카고 대학교가 이끄는 내실 실험 인 그린란드 (RNO-G)의 라디오 중성미자 전망대 설치를 준비하고 있습니다.
.전망대 건설에 관여하는 펜실베이니아 주립 대학 천체 물리학자인 스테파니 위셀 (Stephanie Wissel)은“RNO-G는 35 년 동안 35 개의 안테나 스테이션이 설치된 ICE에 내장 된 가장 큰 라디오 탐지기가 될 것입니다. 많은 연구자들은 RNO-G가 곧 초기 에너지 중성미자의 첫 번째 탐지로 극단 우주로의 초기 엿보기를 허용 할 것이라는 낙관적입니다.
그러나 그렇지 않은 경우, In-ICE 라디오 배열 개념은 IceCube의 제안 된 후속 인 IceCube-Gen2에 사용하기 위해 확장 될 것입니다. “Icecube는 약 10 개의 PETA- 전자 볼트까지 중성미자를 볼 수 있습니다. 그러나 라디오 구성 요소가 추가되면 수천 또는 수십만 명까지 올라갈 것입니다.”라고 Pueo와 RNO-G의 주요 수사관 인 Vieregg는 말합니다. 이 확장 된 에너지 도달 범위는 Icecube-Gen2의 총 예산의 10 %에 불과하며, 무선 탐지의 비용 효율성에 대한 인상적인 끄덕임
보다 새로운 탐지 전략은 얼음이 아닌 공중에서 하전 된 입자 샤워에서 무선 파를 사냥 할 것입니다. 전자는 지구 표면 근처에서 지하에 상호 작용하는 중성미자의 결과입니다. 올바른 조건으로,이 지구 스키밍 중성미자는 대기로 빠져 나가서 광범위한 무선 방출 에어 샤워로 부패하는 고 에너지 입자를 만들 수 있습니다.
.이것은 중성미자 탐지를위한 거대한 라디오 배열 또는 거대한 크기의 실험을위한 적절한 이름입니다. 프랑스, 중국, 네덜란드 및 브라질의 기관들이 조직하고 자금을 지원하는 국제 그랜드 협력은 200,000 제곱 킬로미터의 라디오 어레이 (즉, 네브라스카 규모에 대한 배열)에 대한 야심 찬 제안서와 함께 울트라 에너지 우주 광선의 기원을 발견하기를 희망합니다.
코펜하겐 대학교의 천체 물리학자인 Mauricio Bustamante는“이 아이디어는 하나의 모 놀리 식 배열이 아니라 각각 10,000 개의 안테나의 20 배를 구축하는 것입니다. 그는이 배열의 위치가 중요하다고 설명했다. 왜냐하면 그들은 인공적인 무선 방출의 인공 출처에서 나온 "무선 쿼트"영역에 있어야하기 때문에 중요하다고 설명했다. 현재까지 Grand는 중앙 아시아의 Tian Shan Mountains에서 몇 개의 외딴 사이트를 확인했으며 전 세계 추가 위치를 정찰 할 계획입니다.
.다양한 차세대 라디오 실험이 진행되면서 천체 물리학 커뮤니티는 자연의 가장 활기차고 애매 모호한 메신저 중 하나가 마침내 발견 된 후 미래가 무엇을 할 수 있는지에 대한 아이디어로 윙윙 거리고 있습니다. Wissel은“저는 최초의 Ultrahigh-Energy Neutrino의 발견을 크게 기대합니다. "어떤 실험이 먼저할지 확실하지 않지만 발견 할 가능성이 많은 우주에 새로운 창을 열 것입니다."
.그리고이 분야의 역사에 익숙한 과학자들에게는 새로운 우주 국경의 탐험은 과거의 곤경입니다. 물리학은 20 세기에 하늘에서 어떤 입자가 왔는지 연구함으로써 번성했습니다. Bustamante는“우리 자신의 기계가 우리에게 말할 수있는 것보다 더 많은 것을 알고 싶을 때 우주 가속기로 다시 돌아가는 것은 자연스러운 사건입니다. "이것이 우리 우주의 가장 높은 에너지 입자를 연구하는 모든 목적입니다."
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