Astronomi için yeni bir pencere: Nötrinolar

Antartika’da, buzların yaklaşık 2500 metre derininde 86 dedektör, astrofizikte gözlemesi en güç parçacığı yakalamak için yıllardır uzun bir bekleyiş içinde.. Genellikle nüklüer reaksiyonlar sonucunda açığa çıkan ve doğada bilinen temel kuvvetlerle neredeyse yok denecek kadar nadir etkileşen bu ilginç parçacıkların ismi “nötrino”! 12 farklı ülkeden 276 biliminsanın yer aldığı IceCube deneyi, geçtiğimiz günlerde, sonunda bu parçacıkların izine rastladıklarını duyurdu. Tespit edilen yüksek enerjili nötrinolar, gökcisimleri hakkında bilgi edinebilmek için astronomide en çok kullanılan elektromanyetik dalgaların(ışığın) dışında bir kaynak olma yolunda ilk gelişmeyi temsil ediyorlar. Hatta, bu konuda çalışan bir biliminsanı bu olayı “İddiaya girerim ki 20 yıl sonra dönüp baktığımızda, ‘evet bu olay nötrino astronomisinin başlangıcıydı diyeceğiz’ ” diye ifade ediyor!

 

Antartika’da Amundsen-Scott Güney Kutbu İstasyonunda IceCube labaratuarı. Buzların derinliklerindeki dedktörlerden gelen ham veriler burada toplanıyor ve ilk analizler yapılarak deney grubu üyelerine gönderiliyor. (Telif Hakkı: Felipe Pedreros, IceCube/NSF)

 

Bir ışık yılı uzunluğunda kurşun levhanın içinden geçtiğinde tek bir atomla bile etkileşmeyecek kadar “zayıf etkileşimli” bu parçacıklar, ayrıca atmosferde kozmik ışınların oluşturdukları parçacık yağmurlarında ve evrendeki yıldızların son aşamasındaki süpernova patlamalarında da fazlasıyla üretiliyorlar. Madde ile nadir etkileştiklerinden nötrinoları gözlemenin bu kadar güç olması, bu parçacıkların sayıca az olduklarını düşündürmesin! Güneş’teki nükleer reaksiyonlar sonucu oluşan nötrinoların tirilyonlarcası(evet doğru okudunuz!) her saniye vücudunuzden geçip gitmekte.

 

Antarktika’daki deneyde, bu nadir etkileşen parçacıkları yakalamak için bir kilometre küplük buz kütlesi içine yerleştirilmiş çok sayıda dedektör kullanılarak uzun süreler bekleniyor. İşte bu süreçte, IceCube ekibi 2010 Mayıs’ı ve 2012 Mayıs’ı arasında 30 trilyon elektronvolt (30TeV) enerjinin üzerinde 28 nötrino olayı gözlediğini ve bunların büyük bir kısmının Güneş Sistemi’nin çok ötelerinden geldiğini göstermiş oldu.

 

IceCube deneyinde gözlenen nötrinolar “muon-nötrino” olarak sınıflandırılıyor. Parçacık fiziğindeki onlarca parçacığı çeşitli özelliklerini göz önüne alarak peluş oyuncaklar olarak dağıtan bir prode Particle Zoo’dan bir görüntü yukarıda bulunuyor. Nötrinoların nadir etkileşimleri tasarıma da fazlasıyla yansımış! (Telif Hakkı: Particle Zoo)

 

Güneş Sistemi dışından nötrinoların gelişi aslında bir ilk değil… 1987’de uydu galaksimiz Macellan Bulutu’nda gerçekleşen bir süpernova patlamasından(1987A) yola çıkan nötrinolar Dünya’dan gözlenebilmişti. Fakat bu habere konu olan parçacıklar, 1987’dekilerden hem çok daha yüksek enerjili, hem de evrenin çok daha uzak noktalarından geliyorlar.

 

IceCube deneyinde gözlenen en yüksek enerjili nötrino sinyalini gösteren grafik. Yukarıdaki gibi çok yüksek enerjili nötrinolar dedektörde birçok “ikincil” parçacık yağmurları oluşturuyor. Daha düşük enerjili atmosfer kaynaklı nötrinolar ise sadece muon adlı parçacıktan oluşan bir iz oluşturuyorlar. IceCube’teki fizikçiler yukarıdaki nötrinoyu “Ernie” olarak isimlendirdiler. (Telif Hakkı: IceCube Collaboration)

 

Bu deneylerde, şu anda birkaç gözlem ile istatistiksel yöntemler kullanılarak müthiş işler yapılıyor aslında fakat bu nötrinoların tek tek hangi kaynaklardan geldiğini bulmak günümüz dedektör boyutları ve teknolojileriyle epey uzak görünüyor. Bu problemleri aşmak adına, IceCube ekibi, Antartika’daki projeyi büyütmek için 270 milyon dolarlık bir genişletme projesi önermeye hazırlanıyor. Aynı zamanda Avrupa ülkeleri de yakın zamanda benzer bir dedektörü Akdeniz’in altına yerleştirmeyi planlıyorlar.

 

Bütün bu çalışmalara rağmen, bir yıldızın ya da herhangi bir gökcisminin “nötrino teleskopları” ile detaylı görüntüsünü alıp göz kırptığını görmek için epey zaman olsa da, benim de araştırma alanım olan parçacık astrofiziğinde böylesi bir gelişmeye tanıklık ediyor olmak oldukça heyecan verici! İleride bu konuda bir sunum ya da ders veriyor olursak bu günleri anacağımız kesin!

 

Araştırmanın makalesi Science’ın 22 Kasım 2013 sayısında yayınlandı. Keşfe dair birkaç yazının bağlantısı ise aşağıda:

 

IceCube pushes neutrinos to the forefront of astronomy – IceCube Collobration

IceCube finds cosmic neutrinos at the South Pole – Physics World