Asili ya nishati ya juu neutrino zimefuatiliwa kwa mara ya kwanza kabisa, na kutatua fumbo muhimu la unajimu
Ili kuelewa na kujifunza zaidi nishati au jambo, uchunguzi wa chembe ndogo za atomiki za ajabu ni muhimu sana. Wanafizikia wanaangalia chembe ndogo za atomiki - neutrinos - kupata ufahamu zaidi wa matukio na michakato mbalimbali ambayo yametoka. Tunajua kuhusu nyota na hasa jua kwa kujifunza neutrinos. Kuna mengi zaidi ya kujifunza kuhusu ulimwengu na kuelewa jinsi neutrinos inavyofanya kazi ni hatua muhimu zaidi kwa mwanasayansi yeyote anayevutiwa na Fizikia na Astronomia.
Neutrinos ni nini?
Neutrino ni chembe chembe zenye mvuke (na tete sana) zenye karibu hakuna wingi, hazina chaji ya umeme na zinaweza kupita katika aina yoyote ya maada bila mabadiliko yoyote yenyewe. Neutrinos wanaweza kufikia hili kwa kustahimili hali mbaya na mazingira mnene kama nyota, sayari na galaxies. Sifa muhimu ya neutrinos ni kwamba haziingiliani kamwe na jambo katika mazingira yao na hii inazifanya kuwa changamoto sana kuchanganua. Pia, zipo katika "ladha" tatu - elektroni, tau na muon na hubadilisha kati ya ladha hizi wakati zinazunguka. Hii inaitwa matukio ya "mchanganyiko" na hii ndiyo eneo la ajabu la utafiti wakati wa kufanya majaribio kwenye neutrinos. Sifa zenye nguvu za neutrinos ni kwamba hubeba taarifa za kipekee kuhusu asili yao halisi. Hii ni kwa sababu neutrinos ingawa zina nguvu nyingi, hazina malipo kwa hivyo hubaki bila kuathiriwa na uga wa sumaku wa nguvu yoyote. Asili ya neutrinos haijulikani kabisa. Wengi wao wanatoka kwenye jua lakini idadi ndogo hasa wale walio na nishati nyingi wanatoka maeneo ya kina zaidi nafasi. Hii ndiyo sababu asili halisi ya hawa wazururaji wasiojulikana bado haikujulikana na wanarejelewa kama "chembe za roho".
Asili ya neutrino yenye nishati ya juu inafuatiliwa
Katika masomo pacha ya msingi katika unajimu iliyochapishwa katika Bilim, watafiti kwa mara ya kwanza wamefuatilia asili ya chembe ndogo ya atomiki ya mzimu ambayo ilipatikana ndani ya barafu huko Antaktika baada ya kusafiri miaka bilioni 3.7 hadi sayari Ardhi1,2. Kazi hii inafanikiwa kwa ushirikiano wa wanasayansi zaidi ya 300 na taasisi 49. Neutrino zenye nishati nyingi ziligunduliwa na kigunduzi kikubwa zaidi kuwahi kutokea cha IceCube kilichowekwa katika Ncha ya Kusini na IceCube Neutrino Observatory ndani kabisa ya tabaka za barafu. Ili kufikia lengo lao, mashimo 86 yalitobolewa kwenye barafu, kila kina cha maili moja na nusu, na kuenea kwenye mtandao wa zaidi ya vihisi mwanga 5000 hivyo kufunika eneo la jumla ya kilomita 1 za ujazo. Kigunduzi cha IceCube, kinachosimamiwa na Wakfu wa Kitaifa wa Sayansi ya Marekani, ni kigunduzi kikubwa kinachojumuisha nyaya 86 ambazo huwekwa kwenye visima virefu hadi kwenye barafu kuu. Vigunduzi hurekodi mwanga maalum wa bluu ambao hutolewa wakati neutrino inapoingiliana na kiini cha atomiki. Neutrino nyingi zenye nguvu nyingi ziligunduliwa lakini hazikuweza kupatikana hadi neutrino yenye nishati ya volti trilioni 300 za elektroni ilipogunduliwa kwa mafanikio chini ya kifuniko cha barafu. Nishati hii ni karibu mara 50 zaidi ya nishati ya protoni ambayo huzunguka kupitia Large Hardon Collider ambayo ni kichochezi chembe chembe chenye nguvu zaidi kwenye hii. sayari. Mara tu ugunduzi huu ulipofanywa, mfumo wa muda halisi ulikusanya na kukusanya data kwa utaratibu, kwa wigo mzima wa sumakuumeme, kutoka kwa maabara za Dunia na katika nafasi kuhusu asili ya neutrino hii.
Neutrino ilifuatiliwa kwa mafanikio hadi kwenye mwangaza galaxy inayojulikana kama "blazer". Blazer ni gigantic elliptical active galaxy na jeti mbili zinazotoa miale ya neutrino na gamma. Ina tofauti supermassive na upesi inazunguka nyeusi shimo katikati yake na galaxy inasonga kuelekea Duniani karibu na kasi ya mwanga. Moja ya jeti za blazi ni ya tabia ya kung'aa na inaelekeza moja kwa moja duniani ikitoa hii galaxy jina lake. Blazer galaxy iko upande wa kushoto wa kundinyota la Orion na umbali huu ni takriban miaka bilioni 4 ya mwanga kutoka duniani. Miale ya neutrino na gamma iligunduliwa na uchunguzi na pia jumla ya darubini 20 duniani na katika nafasi. Utafiti huu wa kwanza ulionyesha ugunduzi wa neutrinos na utafiti wa pili uliofuata1 ulionyesha kuwa blazi galaxy ilikuwa imetoa neutrino hizi mapema pia mwaka wa 2014 na 2015. Blazer bila shaka ni chanzo cha neutrinos yenye nguvu sana na hivyo mionzi ya cosmic pia.
Ugunduzi wa msingi katika unajimu
Ugunduzi wa neutrino hizi ni mafanikio makubwa na unaweza kuwezesha utafiti na uchunguzi wa ulimwengu kwa namna isiyo na kifani. Wanasayansi wanasema kwamba uvumbuzi huu unaweza kuwasaidia kufuatilia nyuma, kwa mara ya kwanza kabisa, asili ya miale ya ajabu ya ulimwengu. Miale hii ni vipande vya atomi vinavyoshuka duniani kutoka nje ya mfumo wa jua unaowaka kwa kasi ya mwanga. Wanalaumiwa kwa kusababisha matatizo kwa satelaiti, mifumo ya mawasiliano n.k. Tofauti na neutrinos, miale ya cosmic ni chembe zinazochajiwa hivyo uga wa sumaku huendelea kuathiri na kubadilisha njia yao na hii inafanya kuwa vigumu kufuatilia asili yao. Miale ya cosmic imekuwa mada ya utafiti katika unajimu kwa muda mrefu na ingawa iligunduliwa mnamo 1912, miale ya ulimwengu bado ni siri kubwa.
Katika siku zijazo, uchunguzi wa neutrino kwa kiwango kikubwa kwa kutumia miundombinu sawa na iliyotumiwa katika utafiti huu inaweza kufikia matokeo ya haraka na ugunduzi zaidi unaweza kufanywa ili kuibua vyanzo vipya vya neutrino. Utafiti huu uliofanywa kwa kurekodi uchunguzi mwingi na kuzingatia data kwenye wigo wa sumakuumeme ni muhimu ili kuendeleza uelewa wetu wa ulimwengu mifumo ya fizikia inayoiongoza. Ni kielelezo kikuu cha unajimu wa "multimessenger" ambao hutumia angalau aina mbili tofauti za mawimbi kuchunguza anga na kuifanya iwe na nguvu zaidi na sahihi katika kufanya uvumbuzi kama huo uwezekane. Mbinu hii imesaidia kugundua mgongano wa nyota ya nyutroni na pia mawimbi ya mvuto katika siku za hivi karibuni. Kila mmoja wa wajumbe hawa hutupatia ujuzi mpya kuhusu ulimwengu na matukio yenye nguvu katika angahewa. Pia, inaweza kusaidia katika kuelewa zaidi kuhusu matukio makubwa ambayo yalitokea mamilioni ya miaka iliyopita kuweka chembe hizi kufanya safari yao ya Dunia.
***
{Unaweza kusoma karatasi asili ya utafiti kwa kubofya kiungo cha DOI kilichotolewa hapa chini katika orodha ya (vyanzo) vilivyotajwa}
Chanzo (s)
1.The IceCube Collaboration et al. 2018. Uchunguzi wa wajumbe wengi wa sanjari ya blazar inayowaka na neutrino ya nishati ya juu IceCube-170922A. Bilim. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2.The IceCube Collaboration et al. 2018. Utoaji wa Neutrino kutoka kwa mwelekeo wa blazar TXS 0506+056 kabla ya tahadhari ya IceCube-170922A. Bilim. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
