IceCube nötrino gözlemevini kullanan gökbilimciler, Dünya boyunca ilerleyen yedi aday “hayalet parçacık” keşfettiler. Sinyaller bu parçacıkların tau nötrinoları olduğunu gösteriyor.
Nötrinolar, ışık hızına yakın hızlarda hareket eden, yüksüz ve neredeyse kütlesiz parçacıklardır. Bu parametreler nedeniyle nötrinolar pratikte diğer parçacıklarla etkileşime girmez; bu nedenle onlara “hayalet parçacıklar” adı verilir.
Samanyolu’nun kenarındaki kozmik kaynaklardan gelen yüksek enerjili nötrinolara “astrofiziksel nötrinolar” denir. Bunlar üç türe ayrılır: elektron nötrinoları, müon nötrinoları ve tau nötrinoları. Tüm bu hayalet parçacıkların tespit edilmesi çok zordur, ancak IceCube’un amacı da tam olarak budur. Gözlemevi ilk olarak 2013 yılında astrofiziksel nötrinoları tespit etti ve şimdi de astrofiziksel tau nötrinolarını tespit ettiği görülüyor.
Araştırmanın ortak yazarı Doug Cowan, “Yedi aday tau nötrino olayının keşfi, arka planların ‘yedi sahtekar tau nötrinosunu yaratmak için komplo kurmasının son derece olası olmadığını gösteriyor” diyor.
IceCube, Dünya’dan geçen nötrinoları tespit etmek için buzun içinde bir dizi dijital optik dedektör (DOM) kullanıyor. Gözlemevinde, nötrinoların buz molekülleriyle etkileşime girmesini ve yüklü parçacıklar üretmesini bekleyen 5.160 DOM bulunuyor. Yüklü parçacıklar buzun içinden geçtiğinde DOM’lar Cherenkov radyasyonunu tespit eder.
Astrofizik tau nötrinoları buz molekülleriyle etkileşime girer ve DOM’u tespit eden iki tepe noktasıyla ortaya çıkan çift kademeli bir olay da dahil olmak üzere karakteristik radyasyon üretir.
IceCube daha önce tau nötrino sinyallerinin ipuçlarını yakalamıştı ancak Cowan ve meslektaşları daha kesin veriler arıyordu. IceCube kullanılarak diğer nötrino türleri gerçek zamanlı olarak tespit edilebiliyor ancak tesis şu anda tau nötrinolarını anında tespit edemiyor. Bunun yerine, bu “uzay hayaletlerini” avlamak, arşiv verilerinin analiz edilmesini gerektirir. Ekip, tau nötrinolarının imzalarını bulmak için IceCube tarafından 2011’den 2020’ye kadar toplanan yaklaşık 10 yıllık verileri eleyerek görüntü sınıflandırması için optimize edilmiş sinir ağlarını eğitti. Yedi aday tau nötrinosunun keşfedilmesine yol açan şey budur.
Ekip, bu tespitlerin yanlış tanımlama sonucu olabileceğini kabul ediyor ancak Cowan, bunun gerçekleşme ihtimalinin yalnızca 3,5 milyonda 1 olduğunu açıkladı.
Mevcut çalışmada yalnızca üç dedektör zincirinden elde edilen veriler kullanıldı, ancak gelecekteki analizler daha fazla dedektörden elde edilen arşivlere dayanacak. Bu sadece örneklem boyutunu artırmakla kalmayacak, aynı zamanda üç nesil nötrino salınımlarının ilk kez incelenmesine de yardımcı olacak. Bu nötrino değişimi olgusudur. Nötrino salınımlarını anlamak, bu “hayalet parçacıkların” kökenini, kaynaklarını ve neden sonraki nesillere aktarıldığını belirlemenin anahtarı olabilir.