Dünyanın En Derin Gölünün Altındaki Hayalet Parçacıklarını Avlama

BAIKAL GÖLÜNDE, Rusya – Plaj topu büyüklüğünde bir cam küre, buzdaki bir deliğe dalar ve metal bir kabloyla dünyanın en derin gölünün dibine doğru iner.

Sonra bir başkası ve bir başkası.

Bu ışığı algılayan küreler, yüzeyin 4.000 fit altına kadar zifiri karanlık derinliklerde asılı durur. Onları taşıyan kablo, 50 fit aralıklı 36 adet küreyi tutar. Sibirya’daki bu gölün pürüzlü güney kıyısından iki mil açıkta, tabanı bir milden daha aşağıda olan, çapalar ve şamandıralarla tutturulmuş bu tür 64 kablo var.

Bu, kara delikleri, uzak galaksileri ve patlamış yıldızların kalıntılarını keşfetmek için inşa edilmiş, Kuzey Yarımküre’deki türünün en büyüğü olan bir teleskoptur. Bunu nötrinoları arayarak yapar, kozmik parçacıklar o kadar küçüktür ki, her saniye trilyonlarca insan her birimizden geçer. Bilim adamları, sadece taşıdıkları mesajları okumayı öğrenebilseydik, evrenin ve tarihinin henüz tam olarak anlayamadığımız şekillerde grafiğini çizebileceğimize inanıyorlar.

40 yıldır bu su altı teleskobunu inşa etme arayışını yöneten 80 yaşındaki Rus fizikçi Grigori V. Domogatski, “Doğaya herhangi bir soru sorma şansını asla kaçırmamalısınız” dedi.

Bir duraklamadan sonra ekledi: “Hangi cevabı alacağınızı asla bilemezsiniz. ”

Hala yapım aşamasında, ancak Dr. Domogatski ve diğer bilim adamlarının uzun süredir hayalini kurdukları teleskop, sonuç vermeye her zamankinden daha yakın. Ve jeopolitik ve astrofizikteki dönemlere uzanan, kozmosun en uzak noktalarından bu nötrino avı, Rusya’nın Sovyetler Birliği’ni karakterize eden bilimsel cesaretin bir kısmını ve bu mirasın sınırlarını nasıl korumayı başardığına ışık tutuyor.

Baykal Gölü girişimi, dünyanın en ücra köşelerinde nötrino avlamak için tek çaba değil. Düzinelerce alet parçacıkları dünyanın her yerindeki özel laboratuarlarda arar. Ancak yeni Rus projesi, dünyanın en büyük nötrino teleskobu olan ve Antarktika’daki yaklaşık çeyrek mil küp buzun yaklaşık dörtte birini kapsayan 279 milyon dolarlık bir Amerikan liderliğindeki proje olan IceCube’un çalışmasını tamamlayacak.

Rus fizikçi Grigori V. Domogatski, rasathaneyi 40 yıldır inşa etme arayışına öncülük ediyor.

IceCube, Baykal teleskobuna benzer bir ışık detektörü ızgarası kullanarak, 2017’de bilim adamlarının neredeyse kesinlikle süper kütleli bir kara delikten geldiğini söyledikleri bir nötrino tespit etti. Bilim adamları, kozmik ışınlar olarak bilinen uzaydan gelen yüksek enerjili parçacık yağmurunun bir kaynağını ilk kez saptadılar – bu, henüz emekleme döneminde kalan bir dal olan nötrino astronomisi için bir atılım.

Alanın uygulayıcıları, nötrinoları kullanarak evreni okumayı öğrendikçe, yeni, beklenmedik keşifler yapabileceklerine inanıyorlar – tıpkı teleskopu ilk geliştiren mercek yapımcılarının, Galileo’nun daha sonra onu uyduların aylarını keşfetmek için kullanacağını hayal edemeyeceği gibi. Jüpiter.

Madison, Wisconsin Üniversitesi’nde astrofizikçi olan Francis L. Halzen ve IceCube’un direktörü olan Francis L. Halzen, bir telefon röportajında ​​avın mevcut durumunu anlatarak, “Geceleri gökyüzüne bakıp bir yıldız görmek gibi” dedi. hayalet parçacıklar için.

Sovyet bilim adamlarının ilk çalışmaları, 1980’lerde Dr. Halzen’e Antarktika buzunda bir nötrino detektörü inşa etmesine ilham verdi. Şimdi, Dr. Halzen, ekibinin uzayın derinliklerinden gelen iki ek nötrino kaynağı bulmuş olabileceğine inandığını söylüyor – ancak emin olmak zor, çünkü başka kimse onları tespit etmedi. Baykal teleskopu genişledikçe önümüzdeki yıllarda bunun değişeceğini umuyor.

Dr. Halzen, “Süper muhafazakar olmalıyız çünkü şu anda kimse ne yaptığımızı kontrol edemez” dedi. “Etkileşim ve veri alışverişi yapabileceğim başka bir deney yapmak benim için heyecan verici. ”

1970’lerde, Soğuk Savaş’a rağmen, Amerikalılar ve Sovyetler, Hawaii kıyılarında ilk derin su nötrino dedektörü planlamak için birlikte çalışıyorlardı. Ancak Sovyetler Birliği Afganistan’ı işgal ettikten sonra Sovyetler projeden atıldı. Böylece, 1980’de Moskova’daki Nükleer Araştırma Enstitüsü Dr. Domogatski liderliğindeki kendi nötrino-teleskop girişimini başlattı. Yaklaşık 2500 mil uzakta olmasına rağmen denenecek yer apaçık görünüyordu: Baykal.

Proje, Sovyetler Birliği çökmeden önce planlama ve tasarımın ötesine geçemedi ve ülkenin bilim adamlarının çoğunu yoksulluğa ve çabalarını kargaşaya sürükledi. Ancak kısa süre sonra Almanya’nın DESY parçacık araştırma merkezinin bir parçası haline gelen Berlin dışında bir enstitü de Baykal çabasına katıldı.

Alman ekibine liderlik eden Christian Spiering, Baykal buzuna yıllık kış seferlerini sürdürmek için yüzlerce kilo tereyağı, şeker, kahve ve sosis sevk ettiğini hatırlıyor. Ayrıca Rusların yetersiz maaşlarına ek olarak Moskova’ya binlerce dolarlık nakit getirdi.

Dr. Domogatski ve ekibi ısrar etti. Dr. Spiering, Litvanyalı bir elektronik üreticisi rubleyi ödeme olarak kabul etmeyi reddettiğinde, fizikçilerden birinin sedir ağacı dolu bir tren vagonuyla ödeme yapmak için pazarlık yaptığını hatırlıyor.

Dr. Spiering ile yaptığı bir konuşmada, Dr. Domogatski bir keresinde bilim adamlarını bir fıçı sütüne düşen ve hayatta kalmanın tek bir yolu olan bir Rus atasözündeki kurbağayla karşılaştırdı: “Süt tereyağına dönüşene kadar hareket etmeye devam etmelidir. . “

1990’ların ortalarında, Rus ekibi “atmosferik” nötrinoları – Dünya atmosferindeki çarpışmalardan üretilenleri – tanımlamayı başardı, ancak uzaydan gelenleri değil. Bunun için daha büyük bir detektöre ihtiyacı olacaktır. Rusya, 2000’li yıllarda Başkan Vladimir V. Putin yönetiminde bilime yeniden yatırım yapmaya başladığında, Dr. Domogatski, IceCube kadar büyük yeni bir Baykal teleskopu inşa etmek için 30 milyon dolardan fazla fon sağlamayı başardı.

Göl, dünyanın en temiz tatlı sularından bazılarının bulunduğu bir mil derinliğindedir ve bir çarlık dönemi demiryolu, güney kıyılarını rahatça çevrelemektedir. En önemlisi, kışın üç fit kalınlığında bir buz tabakasıyla kaplıdır: doğanın bir su altı fotoçoğaltıcı dizisi kurmak için ideal platformu.

Proje araştırmacısı Bay Shaybonov, “Sanki bu tür araştırmalar için yapılmış Baykal gibi,” dedi.

İnşaat 2015 yılında başladı ve derinliklerde asılı duran 2.304 ışık tespit küresini kapsayan ilk aşamanın, Nisan ayında buzun erimesine kadar tamamlanması planlanıyor. (Küreler yıl boyunca suda asılı kalır, nötrinoları izler ve su altı kablosuyla bilim adamlarının göl kıyısındaki üssüne veri gönderir.) Teleskop yıllardır veri topluyor, ancak Rusya’nın bilim bakanı Valery N. bu ay televizyon için yapılan açılış töreninin bir parçası olarak bir zincir testere buzun içine girdi.

Baykal teleskopu, esasen Dünya’yı dev bir elek olarak kullanarak, tüm gezegenin diğer tarafına, galaksimizin merkezine ve ötesine bakar. Çoğunlukla, gezegenin diğer tarafına çarpan daha büyük parçacıklar sonunda atomlarla çarpışır. Ancak neredeyse tüm nötrinolar – her saniye 100 milyarı parmağınızın ucundan geçiyor – esasen düz bir çizgi üzerinde devam ediyor.

Yine de bir nötrino, son derece nadiren sudaki bir atom çekirdeğine çarptığında, Çerenkov radyasyonu adı verilen bir mavi ışık konisi üretir. Etki, Dr. Domogatski’nin Moskova’daki enstitüsündeki eski meslektaşlarından biri olan Sovyet fizikçi Pavel A. Cherenkov tarafından keşfedildi.

Pek çok fizikçi, Çerenkov ışığının hayal edilemeyecek kadar küçük parlamaları için bir milyar ton derin suyu izleyerek yıllar geçirirseniz, sonunda milyarlarca ışık yılı öteye yayan kozmik yangınlara kadar izlenebilecek nötrinolar bulacağınıza inanıyor.

Mavi konilerin yönü, onlara neden olan nötrinoların geldiği kesin yönü bile ortaya koyuyor. Nötrinolar, bir elektrik yüküne sahip olmadıklarından, yıldızlararası ve galaksiler arası manyetik alanlardan ve protonlar ve elektronlar gibi diğer kozmik parçacık türlerinin yollarını karıştıran diğer etkilerden etkilenmezler. Nötrinolar, Einstein’ın yerçekiminin izin verdiği ölçüde evrenin içinden geçerler.

Nötrinoları, evrenin en erken, en uzak ve en şiddetli olaylarının incelenmesi için bu kadar değerli kılan da budur. Ve diğer gizemleri aydınlatmaya yardımcı olabilirler; örneğin, güneşten çok daha büyük kütleli yıldızların, yaklaşık 12 mil genişliğinde süper yoğun bir nötron topuna dönüşmesi ve büyük miktarda nötrino yayması gibi.

Dr. Domogatski nötrino için “Evreni dolaşır, neredeyse hiçbir şeyle ve hiç kimseyle çarpışır” dedi. “Onun için evren şeffaf bir dünyadır. ”

Baikal teleskopu esasen gezegene baktığı için Güney Yarımküre’nin gökyüzünü inceler. Bu, Antarktika’daki IceCube’u ve Akdeniz’de inşaatın daha erken bir aşamasında olan bir Avrupa projesini tamamlayıcı hale getiriyor.

Hem IceCube hem de Baykal projelerinde yer almaya devam eden Dr. Spiering, “Kuzey Yarımküre’de bir IceCube eşdeğerine ihtiyacımız var” dedi.

Dr. Domogatski, ekibinin halihazırda başka yerlerdeki nötrino avcılarıyla veri alışverişinde bulunduğunu ve IceCube’un uzaydan gelen nötrinolarla ilgili sonuçlarını destekleyen kanıtlar bulduğunu söylüyor. Yine de, Baykal projesinin nötrinoları gerçek zamana yakın bir şekilde tanımlamak için gerekli olan bilgisayar yazılımını geliştirmede diğerlerinden çok geride kaldığını kabul ediyor.

Projenin önemine rağmen, hala kısıtlı bir bütçeyle çalışıyor – teleskop üzerinde çalışan yaklaşık 60 bilim insanının neredeyse tamamı, genellikle Şubat ve Mart aylarını Baykal’daki kamplarında, bileşenlerini kurup tamir ederek geçiriyor. IceCube, aksine, çoğu Güney Kutbu’na gitmemiş olan yaklaşık 300 bilim adamını içeriyor.

Bu günlerde, Dr. Domogatski artık Baykal’a yıllık kış keşif gezilerine katılmıyor. Ama yine de nötrino hayalini Komünizm, kaotik 1990’lar ve Bay Putin’in yirmi yılı aşkın iktidarı boyunca ayakta tuttuğu aynı Sovyet dönemi enstitüsünde çalışıyor.

Dr. Domogatski, vurgulamak için masasına vurarak, “Bir projeyi üstlenirseniz, ortaya çıkan her koşulda gerçekleştirmeniz gerektiğini anlamalısınız,” dedi. “Aksi takdirde, başlamanın bile bir anlamı yok. ”

Oleg Matsnev araştırmaya katkıda bulundu.