آشكارساز نوترينو مكعب يخ (IceCube Neutrino Observatory) در قطب جنوب يك آرايه بزرگ از آشكارسازهاي نوري است كه  در يخ پنهان شده‌اند. در سال 2013، اين ابزار سيگنال‌هايي از پرانرژي‌ترين نوترينوهايي كه تاكنون ديده شده است را گزارش داد. اكنون دو تيم از پژوهش‌گران، به صورت مستقل، نوع يا طعم اين نوترينوها را تخمين زده‌اند. در تضاد با تحليلي كه پيش از اين انجام شده بود، اين نتايج جديد با نوترينوهايي كه از فواصل بزرگ كيهاني مي‌آيند سازگار هستند و كار بيشتري ممكن است براي كاوش فيزيك چشمه‌هاي نوترينو آغاز شود.

               Sven Lidstrom, IceCube/NSF

 شتاب‌دهنده‌هاي كيهاني همچون هسته كيهاني فعال بايد نوترينوهاي پر‌انرژي را  با چنان توزيع طعمي توليد كنند كه فيزيك اساسي آن را انعكاس دهد. براي مثال، واپاشي پايون منجر به نوترينو هاي ميوئوني بيشتر و عدم وجود نوترينوي تاو مي‌شود. اما پيشنهادهاي ديگري نيز با توزيع‌هاي طعم اوليه متفاوت وجود دارند. اگرچه، به دليل آميختگي نوترينوها نسبت طعم ساطع شده از چشمه مشابه با آنچه در زمين مشاهده مي‌شود، نيست. در مورد واپاشي پايون، نسبت نوترينوي الكترون: ميوئون: تاو مشاهده شده بايد تقريباً 1:1:1 باشد. ديگر الگو‌هاي اخترشناسي يك نسبت متفاوت را پيش‌بيني مي‌كنند.

آشكارساز مكعب يخ نمي‌تواند به طور قطعي طعم نوترينوهايش را  اندازه‌گيري كند، بلكه اين آشكارساز مي‌تواند نوترينوهاي ميوئوني و كسر كوچكي از نوترينوهاي تاو را با ظهور «مسير» هاي بلندي در آشكارساز دنبال كند (در تضاد با pointlike “showers”). با استفاده از اطلاعات اين ابزار از 2010 تا 2012 محققاني كه وابستگي به اين آشكارساز نداشته‌اند، ادعا كردند كه  نسبت طعم با بهترين برازش 1:0:0  است يعني نوترينوي ميوئون يا نوترينوي تاو وجود نداشته‌اند. اين نتيجه‌ي غير قابل انتظار، وجود فيزيك ناشناخته را همچون واپاشي‌هاي نوترينويي كمياب يا آميختگي با نوترنوهاي استريل را ايجاب مي‌كند.

دو گروه اكنون يك مجموعه بزرگ‌تر از داده‌ها را (شامل سال‌هاي 2010 تا 2013) را تحليل كرده‌اند. اولين كار كه با همكاري مكعب يخ انجام شده است، تعداد 137 نوترينوي پرانرژي را شناسايي كردند (با انرژي بالاي 35 ترا الكترون ولت). اين تيم نشان مي‌دهد كه تعداد مسيرها  با نسبت‌هاي طعم مرموز همچون 1:0:0 و 0:1:0 ناسازگار است. يك تحليل مشابه توسط نظريه دان‌ها در موسسه علوم گرن ساسو در ايتاليا و آزمايش‌گاه‌هاي گرن ساسو انجام شد. آن‌ها روي يك گستره‌ي پر انرژي (حدود 60 ترا الكترون ولت) متمركز شدند و نسبت مسيرها را سازگار با چندين الگوي (غير مرموز) اختر فيزيكي يافتند. داده‌ها و تحليل‌هاي بيشتر كه ممكن است روشي براي دنبال كردن نوترينو تاو را شامل شوند، مي‌توانند سرانجام ميان  اين  الگوهاي چشمه متفاوت تفاوت قائل شوند.

اين تحقيق در فيزيكال ريويو لترز به چاپ رسيده است.

منبع:

IceCube Neutrinos Pass Flavor Test

نويسنده:

مايكل اسكيربر (Michael Schirber)