अंटार्कटिका के अमुंडसेन-स्कॉट साउथ पोल स्टेशन में आइसक्यूब न्यूट्रिनो वेधशाला है - जो न्यूट्रिनो के रूप में जाने जाने वाले प्राथमिक कणों के अध्ययन के लिए समर्पित एक सुविधा है। इस सरणी में 5,160 गोलाकार ऑप्टिकल सेंसर - डिजिटल ऑप्टिकल मॉड्यूल (DOMs) - साफ बर्फ के घन किलोमीटर के भीतर दफन हैं। वर्तमान में, यह वेधशाला दुनिया का सबसे बड़ा न्यूट्रिनो डिटेक्टर है और पिछले सात वर्षों का अध्ययन करने में बिताया है कि ये कण कैसे व्यवहार करते हैं और बातचीत करते हैं।
पेंसिल्वेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी के भौतिकविदों की सहायता से, आइसक्यूब सहयोग द्वारा जारी सबसे हालिया अध्ययन ने पहली बार न्यूट्रिनो को अवरुद्ध करने की पृथ्वी की क्षमता को मापा है। पार्टिकल फ़िज़िक्स के मानक मॉडल के अनुरूप, उन्होंने निर्धारित किया कि जब खरबों न्यूट्रिनो पृथ्वी पर (और हमसे) नियमित रूप से गुजरते हैं, तो कुछ को कभी-कभी इसके द्वारा रोका जाता है।
हाल ही में वैज्ञानिक जर्नल में प्रकाशित "आइस-क्यूब के साथ आइसक्यूब के साथ मल्टी-टीईवी न्यूट्रिनो इंटरैक्शन क्रॉस-सेक्शन का अध्ययन" शीर्षक का अध्ययन। प्रकृति। अध्ययन दल के परिणाम उच्च-ऊर्जा, ऊपर की ओर बढ़ने वाले न्यूट्रिनो द्वारा किए गए 10,784 इंटरैक्शन के अवलोकन पर आधारित थे, जो वेधशाला में एक वर्ष के दौरान दर्ज किए गए थे।
2013 में वापस, आइस-क्यूब सहयोग द्वारा उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो का पहला पता लगाया गया था। ये न्यूट्रिनो - जिन्हें मूल रूप से खगोल भौतिकी माना जाता था - पेटा-इलेक्ट्रॉन वोल्ट श्रेणी में थे, जिससे वे आज तक खोजे गए सबसे अधिक ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो हैं। आइसक्यूब चेरनकोव विकिरण की तलाश करके इन इंटरैक्शन के संकेतों की खोज करता है, जो कि तेजी से चार्ज होने वाले कणों के बाद सामान्य पदार्थ के साथ बातचीत करके धीमा हो जाता है।
स्पष्ट बर्फ के साथ बातचीत करने वाले न्यूट्रिनो का पता लगाने से, आइसक्यूब उपकरण न्यूट्रिनो की यात्रा की ऊर्जा और दिशा का अनुमान लगाने में सक्षम थे। हालांकि, इन निशानों के बावजूद, यह रहस्य बना रहा कि किसी भी तरह का पदार्थ न्यूट्रिनो को रोक सकता है या नहीं, क्योंकि यह अंतरिक्ष में जाता है। कण भौतिकी के मानक मॉडल के अनुसार, यह कुछ ऐसा है जो इस अवसर पर होना चाहिए।
एक साल के लिए आइसक्यूब में बातचीत का अवलोकन करने के बाद, विज्ञान टीम ने पाया कि पृथ्वी के माध्यम से सबसे दूर की यात्रा करने वाले न्यूट्रिनो को डिटेक्टर तक पहुंचने की संभावना कम थी। डौग कोवेन, पेन स्टेट में भौतिकी और खगोल विज्ञान / खगोल भौतिकी के प्रोफेसर के रूप में, पेन स्टेट प्रेस विज्ञप्ति में बताया गया है:
"यह उपलब्धि महत्वपूर्ण है क्योंकि यह पहली बार दिखाता है कि बहुत उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो को किसी चीज द्वारा अवशोषित किया जा सकता है - इस मामले में, पृथ्वी। हम जानते थे कि कम ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो किसी भी चीज से गुजरते हैं, लेकिन हालांकि हमने उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो के अलग होने की उम्मीद की थी, लेकिन पिछले कोई भी प्रयोग यह स्पष्ट रूप से प्रदर्शित नहीं कर पाए थे कि उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो को किसी भी चीज से रोका जा सकता है।
न्यूट्रिनो का अस्तित्व पहली बार 1930 में सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी वोल्फगैंग पाउली द्वारा प्रस्तावित किया गया था, जिन्होंने ऊर्जा कानून के संरक्षण के संदर्भ में बीटा क्षय को समझाने के तरीके के रूप में अपने अस्तित्व को पोस्ट किया था। वे इसलिए नामांकित हैं क्योंकि वे विद्युत रूप से तटस्थ हैं, और केवल पदार्थ के साथ बहुत कमजोर रूप से बातचीत करते हैं - अर्थात कमजोर उपपरमाण्विक बल और गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से। इस वजह से, न्युट्रीनो नियमित आधार पर सामान्य पदार्थ से गुजरते हैं।
जबकि पृथ्वी पर तारों और परमाणु रिएक्टरों द्वारा नियमित रूप से न्यूट्रिनो का उत्पादन किया जाता है, बिग बैंग के दौरान पहले न्यूट्रिनो का गठन किया गया था। इसलिए सामान्य पदार्थ के साथ उनकी बातचीत का अध्ययन हमें इस बारे में बहुत कुछ बता सकता है कि ब्रह्मांड अरबों वर्षों के दौरान कैसे विकसित हुआ। कई वैज्ञानिक अनुमान लगाते हैं कि न्यूट्रिनो का अध्ययन नई भौतिकी के अस्तित्व का संकेत देगा, जो मानक मॉडल से परे हैं।
इस वजह से, विज्ञान टीम अपने परिणामों से कुछ हैरान (और शायद निराश) थी। फ्रांसिस हैलन के रूप में - आइसक्यूब न्यूट्रिनो वेधशाला के लिए मुख्य अन्वेषक और विस्कॉन्सिन-मैडिसन विश्वविद्यालय में भौतिकी के प्रोफेसर - को समझाया गया:
“यह समझना कि न्यूट्रिनो कैसे बातचीत करते हैं, आइसक्यूब के संचालन के लिए महत्वपूर्ण है। हम निश्चित रूप से कुछ नई भौतिकी के प्रकट होने की उम्मीद कर रहे थे, लेकिन हम दुर्भाग्य से यह पाते हैं कि मानक मॉडल, हमेशा की तरह, परीक्षण से बाहर है।
अधिकांश भाग के लिए, इस अध्ययन के लिए चुने गए न्यूट्रिनो उन लोगों की तुलना में एक मिलियन गुना अधिक ऊर्जावान थे जो हमारे सूर्य या परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उत्पादित होते हैं। विश्लेषण में कुछ ऐसे भी शामिल थे जो प्रकृति में खगोलीय थे - अर्थात पृथ्वी के वायुमंडल से परे निर्मित - और सुपरमैसिव ब्लैक होल्स (SMBHs) द्वारा पृथ्वी की ओर त्वरित किया जा सकता है।
अलबर्टा विश्वविद्यालय में भौतिकी के प्रोफेसर डेरेन ग्रांट भी आइसक्यूब सहयोग के प्रवक्ता हैं। जैसा कि उन्होंने संकेत दिया, यह नवीनतम बातचीत अध्ययन भविष्य के न्यूट्रिनो अनुसंधान के लिए दरवाजे खोलता है। "न्यूट्रीनो ने अपने व्यवहार से हमें आश्चर्यचकित किया है।" "यह इस पहले माप और भविष्य के सटीक परीक्षणों के लिए संभावित क्षमता को देखने के लिए अविश्वसनीय रूप से रोमांचक है।"
इस अध्ययन ने न केवल पृथ्वी के न्यूट्रिनों के अवशोषण की पहली माप प्रदान की, यह भूभौतिकीय शोधकर्ताओं के लिए भी अवसर प्रदान करता है, जो पृथ्वी के आंतरिक भाग का पता लगाने के लिए न्यूट्रिनो का उपयोग करने की उम्मीद कर रहे हैं। यह देखते हुए कि पृथ्वी अरबों उच्च ऊर्जा कणों को रोकने में सक्षम है जो इसके माध्यम से नियमित रूप से गुजरते हैं, वैज्ञानिक पृथ्वी के आंतरिक और बाहरी कोर का अध्ययन करने के लिए एक विधि विकसित कर सकते हैं, जो उनके आकार और घनत्व पर अधिक सटीक बाधाओं को रखते हैं।
यह यह भी दर्शाता है कि आइसक्यूब वेधशाला अपने मूल उद्देश्य से परे पहुंचने में सक्षम है, जो कण भौतिकी अनुसंधान और न्यूट्रिनो का अध्ययन था। जैसा कि यह नवीनतम अध्ययन स्पष्ट रूप से दिखाता है, यह ग्रह विज्ञान अनुसंधान और परमाणु भौतिकी में भी योगदान करने में सक्षम है। भौतिकविद् भी न्यूट्रिनो ऊर्जा की उच्चतर श्रेणियों की जांच करते हुए, बहु-वर्षीय विश्लेषण करने के लिए पूर्ण 86-स्ट्रिंग आइसक्यूब सरणी का उपयोग करने की उम्मीद करते हैं।
जेम्स व्हिटमोर के रूप में - नेशनल साइंस फाउंडेशन (एनएसएफ) भौतिकी प्रभाग (जो आइसक्यूब के लिए समर्थन प्रदान करता है) में कार्यक्रम निदेशक - ने संकेत दिया, यह उन्हें मानक मॉडल से परे जाने वाली भौतिकी के लिए सही मायने में खोज करने की अनुमति दे सकता है।
“आइसक्यूब को भौतिकी के सीमाओं का पता लगाने के लिए बनाया गया था और ऐसा करने में, संभवतः ब्रह्मांड की प्रकृति की मौजूदा धारणाओं को चुनौती देता है। यह नई खोज और अभी तक आने वाले अन्य वैज्ञानिक खोज की भावना में हैं। ”
2012 में हिग्स बोसोन की खोज के बाद से, भौतिकविद इस ज्ञान में सुरक्षित रहे हैं कि मानक मॉडल की पुष्टि करने के लिए लंबी यात्रा अब पूरी हो गई थी। तब से, उन्होंने अपने सेटों को आगे बढ़ाया, नई भौतिकी की खोज की उम्मीद की जो ब्रह्मांड के कुछ गहरे रहस्यों को हल कर सके - यानी सुपरसेमेट्री, एक थ्योरी ऑफ एवरीथिंग (टीओई), आदि।
यह, साथ ही साथ यह अध्ययन करता है कि भौतिकी उच्चतम ऊर्जा स्तरों पर कैसे काम करती है (बिग बैंग के दौरान मौजूद लोगों के समान) भौतिकविदों का वर्तमान पूर्वाग्रह है। यदि वे सफल होते हैं, तो हमें समझ में आ सकता है कि इस विशाल चीज़ को यूनिवर्स कैसे कहते हैं।
