Антарктида мұздықтарында жоғары энергиялы нейтриноларды зерттеу эксперименті
Antarctic Impulsive Transient Antenna
Антарктидадағы ANITA эксперименті жоғары энергиялы нейтриноларды зерттейді. Мұздың ішіндегі радиотолқындарды анықтау арқылы ғарыз сәулелерінің шығу тегін анықтауға көмектеседі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Антарктика импульстік уақытша антеннасы (АНИТА) эксперименті Антарктика мұз қабатымен өзара әрекеттесуінен туындайтын радио импульстерді анықтау арқылы жоғары энергиялы (ЖЭ) ғарыштық нейтриноларды зерттеу үшін құрастырылған. Бұл 37 000 метр биіктікте ұшып жүрген гелий шарға ілінген радио антенналар тізбегі арқылы іске асырылады. Энергиясы 1018 эВ шамасындағы нейтринолар Аскарян эффектісінің нәтижесінде мұзда радио импульстарын тудырады. Осы жоғары энергиялы ғарыштық нейтринолардың, жоғары энергиялы (1020 эВ) ғарыштық сәулелердің ғарыштық микротолқынды фондық сәулелену фотондарымен өзара әрекеттесуінен пайда болатыны болжанып отыр. Сондықтан АНИТА эксперименті осы ғарыштық сәулелердің пайда болуын түсіндіруге көмектеседі деп күтілуде.
The Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA) experiment has been designed to study ultra high energy (UHE) cosmic neutrinos by detecting the radio pulses emitted by their interactions with the Antarctic ice sheet. This is to be accomplished using an array of radio antennas suspended from a helium balloon flying at a height of about 37,000 meters. The neutrinos, with energies on the order of 1018 eV, produce radio pulses in the ice because of the Askaryan effect. It is thought that these high energy cosmic neutrinos result from interaction of ultra high energy (1020 eV) cosmic rays with the photons of the cosmic microwave background radiation. It is thus hoped that the ANITA experiment can help to explain the origin of these cosmic rays.
Эксперименттік уақыт аралығы
Анита I 2006–2007 жылдың жазында Антарктидадағы МакМердо қаласынан ұшырылды. Бұл массив құрлық бойында циркумполяр желдермен шамамен бір ай бойы айналып, содан кейін CSBF арқылы қайта жинастырылуы тиіс. Әрбір келесі миссия (қаржыландырылса) екі жыл сайын жүзеге асырылады. 40 антеннасы бар, жаңартылған Анита II 2008–2009 жылдың жазында МакМердо станциясынан ұшырылды. ANITA III сезімталдықты 5–10 есеге арттыруы күтілуде және 2014 жылдың желтоқсан айында ұшырылды. ANITA IV 2016 жылдың желтоқсанында ұшырылды, оның жалпы құрылымы жеңілдетілген, реттелетін кесілген сүзгілері және жақсартылған іске қосу жүйесі бар.
ANITA I launched from McMurdo, Antarctica in the summer of 2006–07. The array should travel around the continent with the circumpolar winds for approximately a month before being recovered by the CSBF. Each successive mission (if funded) would be at two year intervals. ANITA II, a modified instrument with 40 antennas, launched from McMurdo Station in the summer of 2008–2009. ANITA III, expected to improve sensitivity by a factor of 5–10, launched in December 2014. ANITA IV launched in December 2016, with a lighter overall build, tunable notch filters and an improved trigger system.
Қаржыландыру
АНИТА – UH Manoa жетекшілігімен және NASA мен АҚШ Энергетика министрлігінің гранттарымен қаржыландырылатын көптеген университеттердің бірлескен жобасы.
ANITA is a collaboration of multiple universities, led by UH Manoa and funded through grants by NASA and the U. S. Department of Energy.
Нәтижелер
ANITA 2006-2016 жылдар аралығында төрт рет ұшып, бірнеше ондаған экзаэлектронвольттан (EeV) жоғары энергиялы диффузиялық нейтрино ағынының ең бәсекеге қабілетті шектерін белгіледі. Диффузиялық нейтрино ағынына қатысты шектеулерден басқа, әр ANITA ұшуы ғарыштық сәулелердің әсерінен пайда болған кең ауқымды ауа жауын-шашыннан шыққан геомагниттік радио сәулелері арқылы ондаған аса жоғары энергиялы ғарыштық сәулелерді байқады, оларды ANITA әдетте мұз бетінен шағылысу арқылы бақылайды. ANITA I және ANITA III екі теуі де жер бетінен шығатын кең ауқымды ауа жауын-шашынмен байқаулар бойынша сәйкес келетін аномальды радиосигналдарды анықтады. Жер арқылы таралу кезінде пайда болған тау нейтриноларының ыдырауынан туындаған тау лептондары кең ауқымды ауа жауын-шашынын тудыруы мүмкін деп болжанады. Алайда, бұл оқиғалар байқалған бұрыштар Стандартты модельдің нейтрино қасиеттерімен қарама-қайшы келеді, себебі Жер бұл тік бұрыштарда нейтрино ағынын күрт әлсіретуі керек. ANITA-дан әлдеқайда төмен энергиялы нейтриноларды іздейтін IceCube эксперименті осы оқиғалардың орнынан нейтринолардың маңызды көзін анықтамады. 2016 жылға дейін бұл оқиғалар түсініксіз күйде қалды. ANITA-ның төртінші ұшуы, ANITA IV, да тау лептондарынан туындаған кең ауқымды ауа жауын-шашынымен байқаулар бойынша сәйкес келетін төрт оқиғаны анықтады. ANITA I және ANITA III ұшуларында байқалған оқиғалар көкжиектен төменгі бұрыштарда байқалғаннан өзгеше, ANITA IV оқиғалары тау-тегеурені тудыратын оқиғалардың болу ықтималдығы ең жоғары көкжиектің өте жақын жерінде байқалды.
ANITA flew four times between 2006 and 2016 and set the most competitive limits on the ultrahigh energy diffuse neutrino flux above several tens of exa electronvolt (EeV). In addition to its constraints on the diffuse neutrino flux, each ANITA flight has observed dozens of ultrahigh energy cosmic rays via the geomagnetic radio emission from cosmic ray induced extensive air showers which ANITA typically observes in reflection off the surface of the ice. ANITA I and ANITA III also each detected anomalous radio signatures that were observationally consistent with upcoming extensive air showers emerging from the surface. Upcoming extensive air showers are predicted to be created by the decay of upcoming tau leptons generated via incident tau neutrinos during their propagation through the Earth. However, the angles at which these events were observed are in tension with Standard Model neutrino properties as the Earth should strongly attenuate the neutrino flux at these steep emergence angles. A follow up study by the IceCube experiment, which searches for neutrinos with significantly less energy than ANITA, could not detect any significant source of neutrinos from the location of these events. As of 2016, these events remain unexplained. The fourth flight of ANITA, ANITA IV, also detected four events that were observationally consistent with upcoming tau induced extensive air showers. Unlike the events from ANITA I and ANITA III that were observed at steep angles below the horizon, the ANITA IV events were observed very close to the horizon where tau induced events are most likely to occur.
Қатысушылары
Қазіргі ANITA ынтымақтастық тобына Гавайи университеті (Маноа), Калифорния университеті (Лос-Анджелес), Огайо мемлекеттік университеті, Делавэр университеті, Канзас университеті, Сент-Луис қаласындағы Вашингтон университеті, NASA Jet Propulsion Laboratory, Лондон университетінің колледжі, Чикаго университеті, Ұлттық Тайвань университеті және Калифорния политехникалық мемлекеттік университеті кіреді.
The current ANITA collaboration team includes members from the University of Hawaii at Manoa; University of California, Los Angeles; Ohio State University; The University of Delaware; The University of Kansas; Washington University in St. Louis; the NASA Jet Propulsion Laboratory; University College London; University of Chicago; National Taiwan University; and the California Polytechnic State University.