Pasaulyje didžiausias neutrinų detektorius tapo dar galingesnis – mokslininkams sėkmingai įrengus šešias naujas pažangių jutiklių grandines beveik 8 000 pėdų (2 400 metrų) gylyje po Antarktidos ledu, neutrino observatorijoje „IceCube“.
Į esamą „IceCube“ detektorių integravus daugiau nei 650 modernių fotodetektorių ir kalibravimo prietaisų, tarptautinė 450 mokslininkų komanda iš 58 institucijų, veikiančių 14-oje šalių, gerokai padidino šio įrenginio jautrumą vienoms paslaptingiausių Visatos dalelių – neutrinams.
„IceCube“ yra įrengta Amundseno–Skoto Pietų ašigalio stotyje Antarktidoje, tiesiogiai prie geografinio Pietų ašigalio. Tai unikalus observatorijos kompleksas, užimantis visą vieno kubinio kilometro tūrį ir šiuo metu esantis didžiausiu neutrinų detektoriumi Žemėje.
NSF „IceCube“ programos direktorė, daktarė Marion Dierickx, šį atnaujinimą apibūdino kaip didžiulį inžinerinį pasiekimą. Pasak jos, šis žingsnis ilgus metus užtikrins šalies lyderystę neutrinų fizikos srityje ir atvers kelią naujiems kosminiams atradimams.
Kosminių paslapčių atskleidimas
„IceCube“ sudaro 5 160 krepšinio kamuolio dydžio optiniai jutikliai, vadinami skaitmeniniais optiniais moduliais (DOM – Digital Optical Modules), išdėstyti vertikaliomis stygomis. Šie jutikliai fiksuoja Čerenkovo šviesos blyksnius, kurie atsiranda, kai aukštos energijos neutrinai iš gilių kosmoso sričių sąveikauja su lede esančių atomų branduoliais.
Neutrinus labai sunku aptikti – jie prasiskverbia pro didžiąją dalį medžiagos beveik nesąveikaudami. Dėl to būtini milžiniški detekcijos tūriai ir itin jautrūs prietaisai, leidžiantys užfiksuoti šias retas sąveikas.
Fotosensoriai sustiprina labai silpnus šviesos blyksnius, kuriuos sukelia neutrinų sąveika skaidriame Antarktidos lede. Tokios retos sąveikos generuoja antrines įelektrintas daleles, kurios ir sudaro aptinkamą signalą, fiksuojamą detektoriaus.
Astrodalelių fizikos instituto Karlsrūhės technologijos institute („KIT“) „IceCube“ darbo grupės mokslinis direktorius, daktaras Andreasas Haungsas, pabrėžė, kad atnaujinimas padės giliau suprasti ir patį Antarktidos ledą.
Pasak jo, naujumo esmė yra atnaujintuose optiniuose jutikliuose – jie aprūpinti fotoelektronų daugintuvais visomis kryptimis, todėl gali „matyti“ ledą 360 laipsnių kampu.
Nauji šviesos stiprintuvai sumontuoti 15 colių (40 centimetrų) dydžio, amerikietiško futbolo kamuolio formos kapsulėse, vadinamose daugiakanaliais PMT skaitmeniniais optiniais moduliais – mDOM. Kartu į juos integruoti papildomi kalibravimo jutikliai. Kabelių pynės sujungia šiuos modulius ir matavimo prietaisus į maždaug 1 500 metrų ilgio vertikalias „stygas“, primenančias karolių vėrinį.
Skaidesnis žvilgsnis į Visatą
Kiekviena styga nuleidžiama į beveik 8 000 pėdų (2 400 metrų) gylio šachtą, ištirpintą lede karšto vandens grąžtu. Vienos tokios šachtos paruošimas trunka maždaug dvi dienas. Kai prietaisai įrengiami, šachtos palaipsniui užšąla, taip patikimai ir visam laikui įšaldydamos detektoriaus komponentus Antarktidos lede.
Atnaujinimo darbai buvo atlikti 2025 m. gruodžio–2026 m. sausio mėnesiais. Dėl mažesnių atstumų tarp naujų modulių pagerėjo detektoriaus skiriamoji geba – tai leidžia daug tiksliau nustatyti dalelių judėjimo kryptį, energiją ir kilmę.
Pasak A. Haungso, derinant naujus požeminius modulius su paviršiaus įranga atsirado ir naujų galimybių tirti didelės energijos kosminius spindulius.
Mokslininkas taip pat pabrėžė, kad, dėl didesnio prietaisų tankio, eksperimentas dabar gali registruoti ir mažesnės energijos signalus, kurie anksčiau buvo nepasiekiami, taip padidindamas matavimų tikslumą.
Instituto vadovas, daktaras Ralphas Engelsas, pažymėjo, kad šis atnaujinimas išplės neutrinų astronomijos ribas į žemesnių energijų sritį. Tai ne tik atveria naują „langą“ į Visatą, bet ir tampa svarbiu technologiniu bei praktiniu bandymu planuojamam „IceCube-Gen2“ išplėtimui.
„IceCube-Gen2“ – tai masyvus observatorijos plėtros projektas, numatytas 2032 metams. Skaičiuojama, kad išplėstas detektorius galės aptikti didelės energijos kosminius neutrinus 10 kartų dažniau ir bus penkis kartus jautresnis nei dabartinė sistema.
