L'origine dei raggi cosmici è stato uno dei misteri più duraturi in fisica e sembra che rimarrà tale per un po 'di più. Uno dei principali candidati per la provenienza dei raggi cosmici è rappresentato dai lampi di raggi gamma, ei fisici speravano che un enorme rivelatore antartico chiamato IceCube Neutrino Observatory confermasse questa teoria. Ma le osservazioni di oltre 300 GRB non hanno prodotto prove di raggi cosmici. In breve, i raggi cosmici non sono ciò che pensavamo fossero.
Ma, proprio come Thomas Edison che ha affermato che "ogni tentativo sbagliato scartato è un altro passo avanti", i fisici considerano questa scoperta come un progresso.
"Sebbene non abbiamo scoperto da dove provengano i raggi cosmici, abbiamo fatto un grande passo avanti per escludere una delle principali previsioni", ha affermato Francis Halzen, ricercatore principale di IceCube e professore di fisica dell'Università del Wisconsin-Madison.
I raggi cosmici sono particelle cariche elettricamente, come i protoni, che colpiscono la Terra da tutte le direzioni, con energie fino a cento milioni di volte superiori a quelle create negli acceleratori artificiali. Le intense condizioni necessarie per generare tali particelle energetiche hanno focalizzato l'interesse dei fisici su due potenziali fonti: i grandi buchi neri ai centri delle galassie attive e le esplosioni di raggi gamma (GRB), i lampi di raggi gamma associati a esplosioni estremamente energiche che sono state osservate in galassie lontane.
IceCube sta usando neutrini, che si ritiene accompagnino la produzione di raggi cosmici, per esplorare queste due teorie. In un articolo pubblicato nel numero del 19 aprile della rivista Nature, gli scienziati di IceCube descrivono una ricerca di neutrini emessi da 300 lampi di raggi gamma osservati, più recentemente in coincidenza con i satelliti SWIFT e Fermi, tra maggio 2008 e aprile 2010. Sorprendentemente, essi non ne ha trovato nessuno - un risultato che contraddice 15 anni di previsioni e sfida una delle due teorie principali per l'origine dei raggi cosmici di massima energia.
Il rilevatore cerca energia alta (teraelectronvolt; 1012-elettronvolt) e neutrini, e nel loro documento il team ha affermato di aver trovato un limite superiore sul flusso di neutrini energetici associati ai GRB che è almeno un fattore di 3,7 al di sotto delle previsioni. Ciò implica che entrambi i GRB non sono le uniche fonti di raggi cosmici con energie maggiori di 1018elettronvolt o l'efficienza della produzione di neutrini è molto inferiore a quanto previsto. Ad ogni modo, affermano gli scienziati, le nostre attuali teorie sulla produzione di raggi cosmici e neutrini nei GRB dovranno essere rivisitate. "Il risultato di questa ricerca di neutrini è significativo perché per la prima volta abbiamo uno strumento con una sensibilità sufficiente per aprire un nuovo finestra sulla produzione di raggi cosmici e sui processi interni dei GRB ", ha detto il portavoce IceCube e il professore di fisica dell'Università del Maryland Greg Sullivan. "L'inaspettata assenza di neutrini dai GRB ha costretto una rivalutazione della teoria per la produzione di raggi cosmici e neutrini in una palla di fuoco GRB e forse la teoria che i raggi cosmici ad alta energia sono generati nelle palle di fuoco." IceCube è un rilevatore di particelle presso il Polo Sud che registra le interazioni di neutrini quasi privi di massa. Gli strumenti osservano i neutrini rilevando la debole luce blu prodotta nelle interazioni dei neutrini nel ghiaccio. I neutrini possono viaggiare facilmente attraverso persone, muri o interi pianeti, come la Terra. Al fine di rilevare le loro rare interazioni, IceCube è costruito su una scala enorme. Un chilometro cubo di ghiaccio glaciale, sufficiente per contenere 400 volte la grande piramide di Giza, è dotato di 5.160 sensori ottici incorporati fino a 2,5 chilometri di profondità nel ghiaccio. I GRB, le esplosioni più potenti dell'universo, vengono solitamente osservati per la prima volta dai satelliti usando X - raggi e / o raggi gamma. I GRB vengono visti circa una volta al giorno e sono così luminosi che possono essere visti da metà dell'Universo visibile. Le esplosioni di solito durano solo pochi secondi e durante questo breve periodo possono eclissare qualsiasi altra cosa nell'universo. Gli scienziati affermano che una migliore comprensione teorica e più dati dal rilevatore IceCube concorrente aiuteranno gli scienziati a comprendere meglio il mistero della produzione di raggi cosmici. IceCube sta attualmente raccogliendo più dati con il rivelatore finalizzato, meglio calibrato e meglio compreso. IceCube è gestito da una collaborazione di 250 fisici e ingegneri di Stati Uniti, Germania, Svezia, Belgio, Svizzera, Giappone, Canada, Nuova Zelanda, Australia e Barbados.Più informazioni su IceCube.
Fonte: IceCube / Università del Wisconsin
