Observatorium Neutrino KM3NET terletak di kedalaman Laut Mediterania dan mengukur neutrino kosmik pada energi tertinggi hingga saat ini
Di Laut Mediterania, para ilmuwan, termasuk para astronom dari Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn, telah menemukan neutrino kosmik dengan energi sekitar 220 PEV menggunakan teleskop neutrino KM3Net. Ini adalah neutrino paling energik yang pernah diamati. Penemuan ini membuktikan bahwa neutrino dengan energi ekstrem seperti itu diproduksi di alam semesta. Lubang hitam supermasif di kedalaman alam semesta bisa menjadi sumber partikel kosmik berenergi sangat cepat dan sangat tinggi.
Pada 13 Februari 2023, kolaborasi internasional, termasuk para astronom dari Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn, mengukur neutrino pada energi catatan dalam data dari teleskop neutrino berukuran kilometer KM3NET. Energi sinyal adalah 16.000 kali lebih besar dari tabrakan partikel paling kuat yang telah diciptakan kembali dengan collider Hadron besar CERN-S.
Mengejar partikel hantu
Neutrino adalah salah satu partikel dasar yang paling misterius – mereka tidak memiliki muatan listrik dan hampir tidak ada massa. “Mereka adalah utusan kosmik khusus yang mengungkapkan rahasia fenomena paling energik di alam semesta,” tambah Rosa Coniglione, wakil juru bicara KM3Net pada saat penemuan. Karena neutrino berinteraksi hanya lemah dengan materi, teleskop KM3NET menggunakan air laut sebagai volume detektor – segera akan menjadi beberapa kilometer kubik. Jika neutrino kosmik bereaksi dengan inti atom air laut, muon dapat diproduksi. Muon lebih berat dari elektron tetapi juga membawa muatan negatif sederhana. Muon memperoleh begitu banyak energi kinetik dalam reaksi ini sehingga menghasilkan kerucut cahaya saat membajak melalui air laut. Cahaya Cherenkov ini sebanding dengan ledakan sonik yang dihasilkan jet saat terbang dengan kecepatan tinggi melalui atmosfer. Teleskop neutrino terdiri dari 230 string paralel, masing -masing dengan 18 modul optik yang melekat padanya seperti mutiara di kalung. Setiap modul berisi 31 photomultipliers yang menangkap dan memperkuat cahaya lemah dari semua arah – termasuk cahaya yang dihasilkan setelah rantai reaksi yang dipicu oleh neutrino kosmik.
KM3NET sekarang mendeteksi neutrino dari peristiwa astrofisika ekstrem, mengeksplorasi rentang energi yang sebelumnya belum dipetakan. “Deteksi pertama neutrino dalam ratusan rentang PEV ini membuka bab baru dalam astronomi neutrino,” kata Paschal Coyle, juru bicara KM3NET pada saat deteksi dan seorang peneliti di IN2P3/CNRS di Prancis. One Petaelectronvolt (PEV) sesuai dengan 1015 atau satu elektron miliar elektron.
Dari mana asal neutrino yang memecahkan rekor?
Pertanyaan utama adalah dari mana partikel berenergi tinggi yang menghantam bumi dan bereaksi di lautan atau atmosfernya berasal. -Dengan menambahkan pengamatan dari teleskop lain, kami berupaya menghubungkan percepatan sinar kosmik, produksi neutrino, dan peran lubang hitam supermasif dalam membentuk fenomena energik ini,- kata Yuri Kovalev dari Max Planck Institute for Radio Astronomi. Selain lingkungan lubang hitam supermasif, ledakan supernova juga merupakan kandidat untuk akselerator partikel kosmik yang kuat. Neutrino berenergi tinggi yang sekarang telah diukur dapat datang langsung dari akselerator seperti itu, atau bisa menjadi deteksi pertama neutrino kosmogenik. Neutrino kosmogenik dapat diproduksi ketika partikel kosmik lainnya bereaksi dengan cahaya lemah dari latar belakang microwave kosmik, menciptakan neutrino yang sangat energik. Namun, karena hanya satu peristiwa tunggal yang diukur di sini di ratusan PEV, asal tetap tidak pasti. Untuk mempelajari lebih lanjut, para peneliti perlu mendeteksi lebih banyak acara semacam itu.
Partikel berenergi tinggi dari luar angkasa bukanlah hal baru
Teleskop neutrino yang agak lebih kecil dari desain yang sama, Antares, juga mengukur neutrino berenergi tinggi dari luar angkasa. Dan ada sejumlah eksperimen kreatif lain yang telah menangkap pemboman partikel dari luar angkasa. Seperti Observatorium Pierre Auger di Argentina, yang juga mengukur radiasi Cherenkov. Namun, dalam hal ini, inisiator di antara partikel -partikel kosmik adalah proton yang menghantam atmosfer bumi dan memicu kaskade partikel sekunder di dalamnya. Muon yang dibuat dalam proses tidak terdeteksi di air laut, tetapi di lebih dari 1.600 tangki air yang didistribusikan di seluruh Pampas Argentina.
Informasi tambahan
Kolaborasi KM3NET menyatukan lebih dari 360 ilmuwan, insinyur, teknisi, dan siswa dari 68 lembaga dari 22 negara di seluruh dunia.
KM3NET memiliki dua detektor: ARCA dekat Sisilia dan Orca dekat Toulon di Prancis. Detektor ARCA memiliki 230 unit, sedangkan detektor orca memiliki 115. unit ARCA adalah 700 m'high dan 100 m'apart, sedangkan unit orca 200 m'high dengan 20 m pemisahan. Setiap unit berisi 18 modul optik dengan 31 photomultipliers. Data dikirim ke stasiun pantai di Infn Laboratori Nazional del Sud di Portopalo di Capo Passero dan Laboratoire Sous-Marin Provence Méditerranée di La Seyne-Sur-Mer melalui kabel kapal selam.
Lembaga-lembaga berikut di Jerman terlibat dalam studi yang diterbitkan: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg dengan para ilmuwan M. Chadolia, Y. Darras, A. Domi, T. Gal, N. Geißelbrecht, R. Gracia, K. Haack, L. Hennig, O. Kalekin, UF Katz, C. Kopper, R. Lahmann, J. Schnabel, J. Schumann, B. Setter, H. Warnofer, dan S. Weissbrod; Institut Max Planck untuk Astronomi Radio dengan YY Kovalev, A. Plavin, dan E. Ros; dan Julius-Maximilian-Universität Würzburg dengan buson (Jerman Electron Synchrotron Desy), M. Lincetto, dan L. Pfeiffer.
Muses, yang merupakan singkatan dari studi multi-messenger tentang sumber energik, adalah inisiatif perintis dalam astrofisika. Ini didedikasikan untuk studi inti galaksi aktif (AGN), yang merupakan salah satu akselerator partikel paling kuat yang dikenal dalam kosmos. Proyek Muses telah menerima dana dari Dewan Penelitian Eropa (ERC) di bawah Program Penelitian dan Inovasi Uni Eropa-Hori Eropa (Perjanjian Hibah No. 101142396). Ini didanai oleh Uni Eropa. Pandangan dan pendapat yang diungkapkan adalah milik penulis saja dan tidak mencerminkan pandangan Uni Eropa atau ERC. Baik Uni Eropa maupun ERC tidak dapat bertanggung jawab atas mereka.
