Αστροπαρατηρησιακή Νετρινοφυσική
Στις 23 Φεβρουαρίου του 1987, ο ανιχνευτής IMB στα βάθη των αλατορυχείων Μόρτον, στο Κλήβελαντ, και ο KamiokaNDE, 1000 μέτρα κάτω από την πόλη Καμιόκα, στην Ιαπωνία κατέγραψαν ταυτόχρονα τον αριθμό ρεκόρ των 19 νετρίνων μέσα σε 13 δευτερόλεπτα, και μάλιστα με κατεύθυνση από κάτω προς τα πάνω. Επρόκειτο σίγουρα για ίχνη ενός κατακλυσμιαίων διαστάσεων γεγονότος. 150 χιλιάδες χρόνια νωρίτερα, στο Νεφέλωμα Ταραντούλα, ο σούπερνόβα 1987Α εκτίνασε έναν απερίγραπτο αριθμό νετρίνων πριν αρχίσει να εκπέμπει τα φωτόνιά του. Δυόμιση ώρες αργότερα τηλεσκόπια στη Χιλή, τη Ν. Ζηλανδία και τη Ζιμπάμπουε (όλα στο Νότιο ημισφαίριο) “είδαν” για πρώτη φορά το φώς της λαμπρότερης έκρηξης υπερκαινοφανούς από την εποχή του Κέπλερ. Το IMB και ο KamiokaNDE σηματοδότησαν την απαρχή της αστρονομίας νετρίνων.
Ως τώρα το σύνολο της παρατηρησιακής αστροφυσικής ασχολείται με την πρόσληψη πληροφορίας που έρχεται προς τη Γή με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, δηλαδή φωτονίων. Τα φωτόνια έρχονται σε όλες τις συχνότητες, από τα ραδιοκύματα μέχρι τις ακτίνες γάμμα, αλλά έχουν την κακή συνήθεια να απορροφούνται σχετικά εύκολα.
Επίσης στη Γή καταυθάνουν συνεχώς φορτισμένα σωματίδια με σχετικά υψηλές ενέργειες, με το τρέντυ όνομα “Κοσμική Ακτινοβολία”. Εικάζεται οτι είναι κυρίως πρωτόνια και σκάνε στην ατμόσφαιρα ισοτροπικά (ομοιόμορφα από όλες τις κατευθύνσεις). Κάποια απ’αυτά έχουν εξαιρετικά μεγάλες ενέργειες*. Για αυτά τα πρωτόνια-πρωταθλητές υπάρχει όμως ένα θεωρητικό ανώτερο όριο ταχύτητας: πρωτόνια πιο γρήγορα από το όριο φρενάρουν γιατί αλληλεπιδρούν με τα λιγότερο ενεργητικά φωτόνια του κόσμου, αυτά που αποτελούν την ακτινοβολία υποβάθρου, το περίφημο απομεινάρι της Μεγάλης Έκρηξης.
Δεν γνωρίζουμε ποιός κοσμικός μηχανισμός παράγει τόσο ενεργητικά σωματίδια (ανάμεσα στους υποψήφιους είναι και τα “ενεργά γαλαξιακά κέντρα”, δες το ποστ της Citronella σχετικά με τον MG3 J225155+2217).Και πολύ θα θέλαμε να ξέρουμε, για πολλούς και διάφορους λόγους. Όποιος μηχανισμός και να τα παράγει, όμως, παράγει σχεδόν με βεβαιότητα νετρίνα αντίστοιχων ενεργειών.
Τα νετρίνα είναι μάλλον τα πιο περίεργα σωματίδια που έχουμε παρατηρήσει. Με σχεδόν, αλλά όχι ακριβώς, μηδενική μάζα και αλληλεπιδρώντας αποκλειστικά μέσω της ασθενούς αλληλεπίδρασης, τα νετρίνα με φυσιολογικές ενέργειες θα μπορούσαν να περάσουν μέσα από ένα τείχος μολύβδου με πάχος 50 έτη φωτός (!!) χωρίς να καταλάβουν τίποτα. Ο ήλιος στέλνει έναν απίθανο αριθμό νετρίνων το δευτερόλεπτο προς κάθε κατεύθυνση, τα περισσότερα από τα οποία περνάνε μέσα από τον πλανήτη και συνεχίζουν το ταξίδι τους ανεπηρρέαστα. Και το κυριότερο, τα νετρίνα δεν έχουν φορτίο, άρα περνάνε μέσα από τα (ασθενή αλλά παρόντα) ενδογαλαξιακά μαγνητικά πεδία χωρίς να αποκλίνουν. Αν ανιχνεύσεις ένα νετρίνο η κατεύθυνση από την οποία έρχεται είναι η κατεύθυνση από την οποία εκπέμφθηκε. Και όλες οι ενδιαφέρουσες κοσμικές διαδικασίες παράγουν νετρίνα.
Η παρατήρηση λοιπόν των νετρίνων θα μπορούσε να διαφωτίσει ένα πλήθος καυτών ερωτημάτων στην Αστροφυσική αλλά και στην Κοσμολογία. 
Το πρόβλημα είναι οτι είναι εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνεύσεις τα καταραμένα νετρίνα, για τους ίδιους λόγους που είναι εξαιρετικά χρήσιμα: δεν αλληλεπιδρούν παρά ασθενώς, και άρα περνάνε σχεδόν πάντα μέσα από κάθε ανιχνευτή που έχουν σκφτεί να κατασκευάσουν. Ως τώρα η μόνη μέθοδος ανίχνευσης νετρίνων έγκειται στο να φτιάξεις ένα τεράστιο δοχείο με πεντακάθαρο νερό, να το γεμίσεις με φωτοπολλαπλασιαστές και να περιμένεις τη στιγμή που ένα νετρίνο θα αντιδράσει παράγωντας ένα μιόνιο κάπου κοντά στον ανιχνευτή. Tο μιόνιο, τρέχοντας με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός στο νερό θα εκπέμψει την γνωστή μπλέ ακτινοβολία Τσερένκοφ (κάτι αντίστοιχο με το κρουστικό κύμα που παράγει ένα υπερηχητικό αεροπλάνο, αλλά σε ηλεκτρομαγνητική), την οποία και θα ενισχύσουν οι φωτοπολλαπλασιαστές σου σε σήμα. Όσο μεγαλύτερο το δοχείο τόσο καλύτερα (τόσο πιο πιθανό να “σκασει” ένα νετρίνο εντός του). 
Αντί για νερό μπορείς να έχεις οποιοδήποτε οπτικά “διαφανές” υλικό, όπως ας πούμε ο πάγος της Ανταρκτικής: το πείραμα Ice Cube προβλέπεται να τοποθετήσει φωτοπολλαπλασιαστές που αντέχουν στα δύσκολα σε ένα δίκτυο ενός κυβικού χιλιομέτρου, κοντά στο Νότιο Πόλο.
Τα πολύ ενεργητικά νετρίνα, όμως, αντιδρούν σχεδόν πάντα καθώς περνάνε μέσα από τη Γή. Αν τύχει νετρίνα με ενέργεια μεγαλύτερη από 10^15eV να σκάσουν μέσα σε πάγο, τότε προκαλείται ένας καταιγισμός σωματιδίων που όμως είναι σχεδόν παράλληλα με το αρχικό νετρίνο. 
Αυτά ταξιδεύουν μέσα στον πάγο με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός και εκπέμπουν ράδιο Τσερένκοφ (δηλαδή Τσερένκοφ αλλά στις ράδιο σχυνότητες, αντί για τις οπτικές), αλλά λόγω ασυμμετρίας φορτίου (τα σωματίδια που παράγονται είναι ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια και πρωτόνια, αλλά μπορείς να δείς, κάνοντας τους υπολογισμούς, οτι τα ηλεκτρόνια που παραμένουν στην κύρια δέσμη θα είναι περισσότερα από τα ποζιτρόνια) εκπέμπουν με ένα χαρακτηριστικό τρόπο ένα παλμό. Tό όλο εφέ ονομάζεται φαινόμενο Ασκαριάν. Αυτός ο παλμός στις ραδιοφωνικές συχνότητες είναι αρκετά χαρακτηριστικός για να είναι ανιχνεύσιμος ακόμα και όταν είναι εξαιρετικά ασθενής, ειδικά αν η περιοχή στην οποία λαμβάνουν χώρα όλα τα παραπάνω είναι ραδιοφωνικώς σιωπηλή. Και η πιο σιωπηλή και παγωμένη περιοχή στον κόσμο είναι η Ανταρκτική.
[2 be continued]
*της τάξης του 10^20 eV. Το eV είναι μονάδα μέτρησης ενέργειας, με την μάζα ηρεμίας του ηλεκτρονίου να αντιστοιχεί στα 500 χιλιάδες eV (511KeV), τη μάζα ηρεμίας του πρωτονίου στα 1 δις eV, που γράφεται και 1GeV [γίγα eV] και διαβάζεται ένα Τζί άμα βιαζόμαστε, και την ενέργεια κρούσης στο LHC στα 14 τρίς, ή 14TeV. Η ενέργεια των πιο γρήγορων από τα κοσμικά σωμάτια πιάνει λοιπόν τα 10^11 GeV. Μιλάμε για ούλτρα-σχετικιστικά σωμάτια, τα πιο γρήγορα της αγοράς με διαφορά!
επειδη μιλας για ενα θεμα που σχετιζόταν άμεσα με το διδακτορικό μου (εν ετει 1994…) να αναφέρω απλώς επιγραμματικά τα εξής:
- Τα πιο ενεργητικά σωμάτια έχουν όση ενέργεια έχει μια γροθιά ενός πυγμάχου.
- Η δυσκολία στην επιτάχυνση των σωματίων σε αυτές τις ενέργειες είναι διπλή (τουλάχιστον με την μέθοδο της diffusive shock acceleration που ειναι το παραδειγμα για τις επιταχύνσεις αυτές). Στο κέντρο των AGN το πρόβλημα είναι το μέγεθοςτων κρουστικών κυμάτων ενω στα κρουστικά κύματα από ζετ ραδιογαλαξιών το πρόβλημα είναι καθαρά χρονικό.
- Το φρενάρισμα των υπερταχέων σωματίων στην ακτινοβολία υποβάθρου θέτει περιορισμούς τόσο στην μέγιστη ταχύτητα μα και στην απόσταση από την οποία προέρχονται αυτά που παρατηρούμε. Το σωμάτιο με ταχύτητα ρεκόρ είναι τόσο προβληματικό σε όλες τις θεωρίες γιατί αναγκστικά θα πρέπει να προέρχεται από κάπου πολύ κοντά στην κοσμική γειτονιά.
- Εκτος από τα υπερταχέα σωμάτια υπάρχουν και αυτά με ενέργειες γύρω στα 10^15 eV που ίσως να έχουν ένα υπεργαλαξιακό περιεχόμενο που να προέρχεται από τα κέντρα των AGN. Αυτά σε συνδυασμό με τα νετρίνα αν θα μπορούσες να τα φιλτράρεις θα ήταν πολύ χρήσιμο για όλο τον μηχανισμό των AGN σε όλα τα επίπεδα.
- Τα νετρίνα υψηλών ενεργειών προέρχονται - μάλλον - από περιοχές AGN λόγω των συγγρουσεων p-p και p-γ στο πυκνό εσωτερικό. Όταν κάναμε την έρευνα γι αυτά πριν 14 χρόνια περιμέναμε τα τηλεσκόπια νετρίνων για να μας δώσουνε φάσμα από αυτά τα νετρίνα μήπως και δούμε ποια από τις πολλές θεωρίες που υπήρχαν είναι συμβατή με την παρατήρηση. Βλέπως δυστυχώς πως είμαστε στο ίδιο περίπου σημείο με τότε…
αυτα…
Θα περιμένετε πολύ ακόμα για μετρήσεις ακριβείας από τηλεσκόπια νετρίνων, πάντως. Στην καλύτερη περίπτωση θα υπάρξουν μετρήσεις λιγοστών νετρίνων με κατεύθυνση μετρημένη με αρκετή ακρίβεια για να “δείξει” προς μια συγκεκριμένη πηγή. Ειδικά κοντά στο GZK cutoff (το κατώφλι για το φρενάρισμα από την ακτινοβολία υποβάθρου) και πάνω απ’αυτό η ευαισθησία του Ice Cube υα είναι πολύ μικρή και οι πληροφορίες του αμφίβολες. Για αυτό και η NASA χρηματοδοτεί την ANITA που είναι το πείραμα που ευελπιστώ να περιγράψω σε ένα από τα επόμενα ποστ.
Από την άλλη για τα 10^15ev δεν είμαι σίγουρος, μπορεί το Ice Cube ή ένα από τα Μεσογειακά πειράματα (Νέστωρ μεταξύ άλλων) να μπορεί να δώσει πληροφορίες. Στο μέλλον και όταν λειτουργήσουν…
btw σχετικά με τα events πάνω από το cutoff, το Pierre Auger δήλωσε στα συνέδρια το καλοκαίρι οτι δε βλέπει στατιστικώς σημαντικές περιπτώσεις (δείξανε νομίζω δύο events πάνω από το cutoff από preliminary studies) αλλά και οτι είναι πολύ νωρίς να αποφανθούν για το θέμα.
recorrect novitial marasmius shroudless brakehead anhistous conidioid antonym
Don Dunning - Wells & Bennett Realtors
http://www.rattlesnakeridgeranch.com/
γραψε τη γνωμη σου