Kilometreküplük Nötrino Teleskobu (KM3NeT) Akdeniz Denizin tabanında yer alan bir dizi fotodetektörden oluşmaktadır. KM3NeT ekibine göre, 220 peta-elektron-voltluk (PeV) bir enerjiye sahip nötrino sinyali gözlemlendi. Bu, daha önce ölçülen en yüksek nötrino enerjisi rekorundan 30 kat daha fazla enerji. Bu nadir olay kaydedildiğinde deneyin dedektörlerinin yalnızca %10’u çalışıyordu. Evren’deki parçacık hızlandırması hakkındaki bilgimiz ölçümle önemli ölçüde etkilenebilir.
Fransız araştırmacı Paschal Coyle, “Şu ana kadar kaydedilen en enerjik nötrinoyu çoktan tespit ettik.” dedi. “Bu nötrinin uzaydan geldiği çok olası.” Çevrimiçi bir basın brifinginde, o ve diğer KM3NeT İşbirliği üyeleri bulgularını paylaştılar.
Nötrino keşfi, kesinlikle astrofizik camiasında bir heyecan yaratacaktır. Kökenleri henüz bilinmeyen yüksek enerjili kozmik ışınlar, muhtemelen yüksek enerjili nötrinolarla birlikte üretiliyor. Nötrino’lar, Dünya’ya kozmik yolculukları sırasında sapma yaşamama avantajına sahiptir, bu nedenle geliş yönlerinin belirlenmesi, nereden geldikleri hakkında bilgi sağlamalıdır. Hollanda araştırmacı Aart Heijboer, KM3NeT’in arkasındaki nedeni tartışırken, “Bu, Evren’deki en yüksek enerjili süreçleri anlamaya çalışmanın bir parçası,” dedi.
KM3NeT deneyini iki dedektör dizisi oluşturur: Fransa açıklarında 2450 m derinlikte bulunan ORCA ve İtalya açıklarında 3450 m derinlikte bulunan ARCA. Her bir diziyi oluşturan dikey algılama hatları, deniz tabanına bağlıdır ve bir ızgara düzeninde yerleştirilmiştir. Başlangıçta planlanan 345 algılama hattının yaklaşık yarısı kuruldu. Her bir algılama hattı boyunca on sekiz küresel optik sensör modülü yerleştirilmiştir ve bu modüller, karanlık okyanustan geçen yüksek enerjili parçacıklar tarafından oluşturulan ışık patlamalarını kaydetmektedir. Kendileri ışık patlamaları üretmek yerine, nötrinolar atomlarla çarpışarak sensörlerin algılayabileceği ışık yayan ikincil parçacıklar oluşturur.
Ultra Yüksek Enerjili Nötrino Tespiti Gerçekleşti
Ultra-yüksek enerjili olay, KM3-230213A olarak adlandırılan, 21 operasyonel tespit hattını içeren ilk ölçüm kampanyası sırasında İtalya’daki ARCA sahasında meydana geldi. Dedektör dizisi, 13 Şubat 2023’ün erken saatlerinde birkaç mikro saniye içinde dizinin içinden hızla geçen bir yüksek enerjili parçacık olan müonun sinyalini tespit etti. Bu olayın parlaklığı öne çıkan unsurdu. Fotonlar, ARCA sensörlerinin yaklaşık üçte biri tarafından kaydedildi. Kaydedilem miktarın muonun enerjisii yaklaşık 120 PeV, yani 1.2 × 1017 eV olarak tahmin edildi. Bu, KM3NeT’in tanık olduğu en yoğun olaydır.
Partikülün yönü başka bir ayırt edici özellikti. Çoğunluğu kozmik ışınlar Dünya’ya ulaştığında üst atmosferden yağmur gibi yağan müonlar, KM3NeT tarafından sürekli olarak tespit edilmektedir. Ancak KM3-230213A müonu, kozmik ışın müonu için gerekenleri karşılamıyordu. Ufka son derece yakın bir açıyla batıdan geldi. Yatay konumuna göre, muonun dedektöre yakın derin sularda bir atomu vuran bir nötrino tarafından üretilmiş olması muhtemel görünüyor. Coyle’a göre tek makul açıklama, “yönüne ve enerjisine baktığınızda bir nötrinin olaya neden olduğu.”
Nötrino enerjisini doğrudan ölçmek imkansız olsa da, oluşturduğu müondan daha yüksek olmalıydı. Araştırmacıların modellerine göre nötrino enerjisi 220 PeV, yani fizikçilerin en güçlü parçacık hızlandırıcılarından elde edebileceği enerjinin 30.000 katıydı. Heijboer, bu tek nötrino’nun bir metre yükseklikten düşen bir masa tenisi topunun enerjisine sahip olduğunu söyledi.
Georgia Institute of Technology’den fizikçi ve Antarktika’daki IceCube deneyinin sözcüsü Ignacio Taboada, “Bu aynı zamanda çok alışılmadık.” diye ekledi. KM3NeT’e benzer bir dedektör dizilim konfigürasyonuna sahip olan IceCube, su yerine buz içinde barındırılmasına rağmen 10 PeV kadar yüksek enerjiye sahip nötrinoları tespit etti fakat 100 PeV aralığında hiçbir şey tespit edemedi.
Taboada, IceCube’un çalışmasının üzerinden 14 yıl geçtikten sonra aynı şeyi gözlemlemememizin garip olduğunu ekledi. KM3Net deneyinin hiçbir kısmında Taboada yer almıyor.
Bu gariplik KM3NeT ekibi tarafından bilinmektedir. KM3-230213A olayı, Arjantin’deki Pierre Auger kozmik ışın deneyinden ve IceCube’dan sağlanan nötrino akısındaki üst limitlerle karşılaştırıldı. Bu tür kısıtlamaları göz önünde bulundurarak, KM3NeT’in ön ölçüm (287 günlük) kampanyası sırasında 220-PeV nötrinosu bulma olasılığının %1 olduğunu keşfettiler. “Bu deli değil,” diye belirtti Heijboer. “Yüzde birin etkileri gerçekten de meydana geliyor.”
David Saltzberg, KM3NeT ile bağlantısı olmayan bir UCLA nötrino uzmanı, bu değerlendirmeyi yineledi. Bazen, bir deneyin başlarında, böyle çarpıcı bir olaya tanık olunur ve ilk bakışta akış anormal görünür, diye ekledi. Saltzberg’e göre, KM3-230213A olayının sonraki gözlemlerde karşılaştırılabilir yüksek enerjili olaylar gözlemlenmezse istatistiksel bir anomali olması mümkün. Ancak bu olay beklenmedik derecede yüksek bir akının ilk işareti olabilir.
Daha fazla ultra-yüksek enerjili nötrino tespiti, evrenimizdeki güçlü hızlandırıcılar hakkında yeni bilgiler sağlayabilir. Kozmik ışınların ivmelenme mekanizmasının yüksek enerjili nötrinolar üretmesi bekleniyor. Bu durumda, KM3-230213A nötrinosu, bir gama ışını patlaması veya süpernova patlaması gibi bir kozmik ışın kaynağından uzun mesafeli bir haberci olabilir. KM3-230213A nötrinosunun geliş yönü, KM3NeT araştırmacıları tarafından araştırıldı ve Galaksimizde süpernova kanıtı bulunamadı. Ancak, on iki blazar—aktif galaksilerin parlak çekirdekleri—nötrino’nun yörüngesine yakın bir yerde keşfedildi, bu da onların dışgalaktik kaynaklar olabileceğini düşündürüyor. İtalya’daki Ulusal Nükleer Fizik
Enstitüsü’nden KM3NeT ekibinin bir üyesi olan Rosa Coniglione’a göre, ek araştırmalar en olası olasılığı belirleyebilir.
Ancak, başka bir neden de olabilir. Kozmik mikrodalga arka planından gelen fotonlar, evrende hareket eden yüksek enerjili kozmik ışınlarla zaman zaman etkileşime girmelidir.
Kozyojenik nötrinolar olarak bilinen bu etkileşimlerin, enerji aralıkları peta-eV aralığından ( 1015 eV) exa-eV aralığına (1018 eV ve üzeri) kadar değişen yüksek enerjili nötrino popülasyonları oluşturması beklenmektedir.
Saltzberg’e göre, kozmik kökenli nötrinoların varlığı “garantili”dir, ancak miktarları kozmik ışınlarla ilgili belirsizlikler nedeniyle belirsizdir. “Bu garantili akış, uzun zamandır nötrino astronomisinin Kutsal Kasesi olarak kabul ediliyordu,” dedi. Saltzberg’e göre, KM3-230213A kozmik kökenli bir nötrino ise ve benzerleri tespit edilirse, bunlar en yüksek enerjili kozmik ışın kaynaklarının aktivasyon zamanını gösterebilir.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v18/35
Haberi Derleyen: Yusuf Havvat Çukurova Üniversitesi Fizik Bölümü