Ο Francis Halzen κέρδισε το Νόμπελ Φυσικής για την ιδέα που οδήγησε στην κατασκευή του IceCube, ενός παρατηρητηρίου στον Νότιο Πόλο που εντοπίζει νετρίνα από μακρινές περιοχές του σύμπαντος.
Τα νετρίνα είναι εξαιρετικά ελαφρά υποατομικά σωματίδια χωρίς ηλεκτρικό φορτίο. Παράγονται, μεταξύ άλλων, στο εσωτερικό του Ήλιου αλλά και σε βίαια φαινόμενα στο μακρινό σύμπαν. Αλληλεπιδρούν τόσο σπάνια με την ύλη ώστε μπορούν να περάσουν μέσα από ολόκληρη τη Γη χωρίς να σταματήσουν.
Το IceCube αποτελείται από χιλιάδες αισθητήρες φωτός που έχουν τοποθετηθεί βαθιά μέσα στον πάγο της Ανταρκτικής. Οι αισθητήρες είναι κατανεμημένοι μέσα σε όγκο περίπου ενός κυβικού χιλιομέτρου.
Δεν καταγράφουν τα ίδια τα νετρίνα. Περιμένουν κάτι εξαιρετικά σπάνιο: ένα νετρίνο να συγκρουστεί με ένα άτομο μέσα στον πάγο.
Όταν συμβεί αυτό, από τη σύγκρουση παράγονται ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια που κινούνται με τεράστια ταχύτητα και δημιουργούν μια χαρακτηριστική μπλε λάμψη. Αυτή ακριβώς καταγράφουν οι αισθητήρες του IceCube.
Από το πού και πότε εμφανίστηκε το φως, οι επιστήμονες μπορούν να υπολογίσουν την πορεία του νετρίνου και την κατεύθυνση από την οποία έφτασε στη Γη.
Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία επειδή τα νετρίνα είναι εξαιρετικά δύσκολο να εντοπιστούν. Αλληλεπιδρούν τόσο λίγο με την ύλη ώστε δισεκατομμύρια από αυτά περνούν συνεχώς μέσα από το σώμα μας χωρίς να συμβαίνει τίποτα.
Ο Halzen και η ομάδα του ενδιαφέρονταν για τα πολύ πιο ενεργητικά νετρίνα που φτάνουν στη Γη από το μακρινό σύμπαν. Αυτά μπορούν να μεταφέρουν πληροφορίες από ακραία κοσμικά περιβάλλοντα, όπως οι περιοχές γύρω από τεράστιες μαύρες τρύπες ή τα σημεία όπου εκρήγνυνται άστρα.
Γιατί χρειάζεται ένα κυβικό χιλιόμετρο πάγου
Το πρόβλημα είναι ότι μια σύγκρουση νετρίνου με την ύλη συμβαίνει εξαιρετικά σπάνια. Για να έχουν πιθανότητες να καταγράψουν αρκετές τέτοιες συγκρούσεις, οι επιστήμονες χρειάζονται έναν τεράστιο όγκο διαφανούς υλικού.
Ο Halzen αντιλήφθηκε ότι αυτό το υλικό υπήρχε ήδη στον Νότιο Πόλο.
Για την κατασκευή του IceCube ανοίχθηκαν βαθιές οπές στον πάγο και μέσα τους τοποθετήθηκαν μακριά καλώδια με χιλιάδες αισθητήρες φωτός. Ο πάγος έκλεισε ξανά γύρω τους, αφήνοντας τους αισθητήρες μόνιμα εγκατεστημένους στο εσωτερικό του.
Όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος πάγου που παρακολουθούν, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα κάποιο από τα νετρίνα που τον διασχίζουν να συγκρουστεί με ένα άτομο και να δημιουργήσει το φωτεινό ίχνος που αναζητούν.
Η δυσκολία να εντοπιστούν τα νετρίνα είναι ταυτόχρονα και αυτό που τα κάνει τόσο χρήσιμα για την αστρονομία.
Το φως μπορεί να απορροφηθεί ή να εμποδιστεί από την ύλη που συναντά στο ταξίδι του. Τα νετρίνα μπορούν να διασχίσουν εξαιρετικά πυκνές περιοχές και να συνεχίσουν σχεδόν ανεπηρέαστα.
Παράλληλα, δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο και επομένως τα μαγνητικά πεδία στο Διάστημα δεν αλλάζουν την πορεία τους.
Αυτό επιτρέπει στους επιστήμονες να χρησιμοποιήσουν την κατεύθυνση από την οποία έφτασε ένα νετρίνο για να αναζητήσουν την πηγή του.
Η ενέργειά του δίνει επιπλέον στοιχεία για τις συνθήκες στις οποίες δημιουργήθηκε. Με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές μπορούν να μελετήσουν πώς ορισμένα από τα πιο βίαια φαινόμενα του σύμπαντος επιταχύνουν σωματίδια σε τεράστιες ενέργειες.
Μια ιδέα που ξεκίνησε το 1988
Ο Halzen παρουσίασε το 1988 την ιδέα να χρησιμοποιηθεί ο πάγος του Νότιου Πόλου για την ανίχνευση νετρίνων. Τότε κάθε άλλο παρά βέβαιο ήταν ότι το σχέδιο θα λειτουργούσε.
Το παραδέχθηκε και ο ίδιος μετά την ανακοίνωση του Νόμπελ.
«Πρέπει να τονίσω πόσο τυχερός ήμουν. Όταν ξεκινήσαμε αυτό το πρόγραμμα, όλοι καταλάβαιναν ότι ίσως ήταν καλή ιδέα, αλλά πολύ λίγοι πίστευαν ότι θα λειτουργούσε – μεταξύ αυτών κι εγώ», είπε.
Το IceCube κατάφερε τελικά να εντοπίσει νετρίνα υψηλής ενέργειας που προέρχονται έξω από το Ηλιακό μας Σύστημα. Η ανακάλυψη έδωσε στους επιστήμονες έναν νέο τρόπο να αναζητούν την προέλευση ορισμένων από τα πιο ακραία φαινόμενα στο σύμπαν, χρησιμοποιώντας όχι το φως που εκπέμπουν αλλά τα σωματίδια που φτάνουν από εκεί μέχρι τη Γη.
Με πληροφορίες από BBC
