💝 🚸 🐧 अगर तुम कर सकते हो तो मुझे पकड़ो: रेडियो तरंगें, कणों का एक झरना और न्यूट्रिनो को पकड़ने के लिए बर्फ 🔂 💃🏻 👩🏻‍⚖️

"-क्या आपने गोफर को देखा है?" -नहीं। "और मैं देख नहीं सकता, लेकिन वह है - इस उद्धरण के साथ आप न्यूट्रिनो के साथ स्थिति का स्पष्ट रूप से वर्णन कर सकते हैं। कई वर्षों से, दुनिया भर के वैज्ञानिक इन रहस्यमय उप-परमाणु कणों की प्रकृति को समझने की कोशिश कर रहे हैं, उनके व्यवहार की व्याख्या करते हैं और उनकी विशेषताओं का वर्णन करते हैं। हालांकि, यह सबसे आसान काम से दूर है, क्योंकि कुछ सीखने के लिए, आपको पहले इसे "कैच" करना होगा। ओहियो विश्वविद्यालय (यूएसए) के वैज्ञानिकों ने कैप्चरिंग की अपनी विधि प्रस्तावित की है और परिणामस्वरूप, न्यूट्रिनो का अध्ययन करते हुए, मुख्य भूमिकाओं में से एक है जिसमें अंटार्कटिक बर्फ खेलता है। न्यूट्रिनो के कब्जे में कौन सी भौतिक घटनाएं शामिल थीं, बर्फ ने इस प्रक्रिया में मदद क्यों की, और सबसे रहस्यमय कणों में से एक के बारे में क्या नया पता चला? अनुसंधान समूह की रिपोर्ट में इन सवालों के जवाब का इंतजार है। जाओ।

अध्ययन का आधार

न्यूट्रिनोस तटस्थ हैं (उनके पास कोई विद्युत आवेश नहीं है) आधे-पूर्णांक स्पिन वाले कण। ये कण वस्तुतः अपने रास्ते में आने वाली हर चीज से गुजरते हैं। दोनों कम-ऊर्जा न्यूट्रिनो हैं, जो पदार्थ के साथ बहुत कमजोर रूप से संपर्क करते हैं, और उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो हैं, जिनकी पदार्थ के साथ बातचीत तय की जा सकती है।

इस अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो (e 10 ¹⁶ eV) पर ध्यान केंद्रित किया । इन कणों की क्षमता ब्रह्मांडीय किरणों * का अध्ययन करने के लिए उपयोग करने की संभावित संभावना में निहित है , जो e 10 ²⁰ eV तक दर्ज हैं।

कॉस्मिक किरणें * - प्राथमिक कण और परमाणुओं के नाभिक बाहरी अंतरिक्ष में उच्च ऊर्जा के साथ चलते हैं।

कॉस्मिक किरणों के विपरीत, जो कॉस्मिक माइक्रोवेव विकिरण की पृष्ठभूमि के खिलाफ बिखरे हुए हैं और चुंबकीय क्षेत्रों में भी विक्षेपित हैं, पता चला न्यूट्रिनोस सीधे अपने स्रोतों को इंगित कर सकते हैं।

जब उच्च-ऊर्जा न्युट्रीनो आपस में बातचीत करते हैं, तो वे कणों के एक सापेक्ष संबंधक का उत्पादन करते हैं, साथ ही गैर-सापेक्षवादी इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों की एक श्रृंखला बनाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सापेक्ष कणों की ऊर्जा का नुकसान होता है * ।

सापेक्षतावादी कण * - गति के साथ गति करने वाला एक कण जो प्रकाश की गति के बराबर है।

इस कैस्केड का प्रोफाइल 10 मीटर की लंबाई और लगभग 0.1 मीटर की त्रिज्या वाला एक दीर्घवृत्त है। प्राथमिक संपर्क की लगभग सभी ऊर्जा माध्यम के आयनीकरण तक जाती है।

अलग कैसकेड इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन * का असंगत चेरनकोव ऑप्टिकल विकिरण * उत्सर्जित करते हैं , जिसका पता TeV - PeV डिटेक्टरों (उदाहरण के लिए, आइसक्यूब न्यूट्रिनो वेधशाला) का उपयोग करके लगाया जा सकता है।

पॉज़िट्रॉन * एक इलेक्ट्रॉन का एक एंटीपार्टिकल है।

एंटीपार्टिकल * एक समान द्रव्यमान और स्पिन के साथ एक निश्चित कण का दोगुना है, लेकिन विपरीत बातचीत विशेषताओं (इलेक्ट्रिक चार्ज, रंग चार्ज, आदि) के साथ।

* ( ) — , , .

IceCube* — 1450 2450 , «» ( 60 ). , - . .

अद्यतन वेधशाला (आइसक्यूब-जेन 2) की मौजूदा परियोजना में इसकी कमियां हैं - न्यूट्रिनो स्पेक्ट्रम में तेज गिरावट के कारण उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो का पता लगाने के लिए ऑप्टिकल घटक पर्याप्त शक्तिशाली नहीं है।

इसलिए, उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो को पकड़ने के लिए अधिक उपयुक्त तरीकों की तलाश करना आवश्यक है। कुछ तरीके कैस्केड में चार्ज की कुल विषमता से सुसंगत रेडियो-आवृत्ति चेरेंकोव विकिरण पर आधारित हैं। अन्य लोग लेप्टन का अध्ययन करते हैं जो न्यूट्रिनोस के संपर्क से उत्पन्न हो सकते हैं।

कैस्केड के मार्ग में छोड़े गए आयनीकरण निशान से रडार प्रतिबिंबों के कारण कैस्केड का पता लगाने का विकल्प भी है। यह विधि अत्यंत सटीक होने का वादा करती है, जिसने उन्हें अनुसंधान टीम से विशेष ध्यान देने के लिए प्रदान किया।

आज हम जिस काम पर विचार कर रहे हैं, उसमें वैज्ञानिकों ने कणों के एक झरने से रडार की गूंज का सफलतापूर्वक निरीक्षण करने के लिए उपरोक्त विधि लागू की है।

प्रयोग की तैयारी

छवि नंबर 1: प्रयोगात्मक सेटअप।

प्रयोगात्मक सेटअप SLAC राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला में तैयार और स्थापित किया गया था।

उच्च-घनत्व पॉलीथीन (एचडीपीई) का उपयोग अधिष्ठापन के लक्ष्य के रूप में किया गया था जहां इलेक्ट्रॉन बीम को निर्देशित किया गया था। आवृत्ति रेंज 1 ... 2.1 गीगा में एकल सिग्नल जनरेटर, एक पावर एम्पलीफायर (50 डब्ल्यू) और एक ट्रांसमिटिंग एंटीना (TX) का उपयोग करके लक्ष्य के लिए एक निरंतर संकेत प्रेषित किया गया था। रडार प्रतिबिंब को मापने के लिए इस लक्ष्य को प्राप्त करना एंटेना (आरएक्स) को भी लक्षित किया गया है।

प्रयोगों में दो प्रकार के एंटेना का उपयोग किया गया था: 2 गीगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर +12 dBi (आइसोट्रोपिक डेसीबल) के मापा संचरण गुणांक के साथ विवाल्डी अल्ट्रा-वाइडबैंड एंटीना (0.6–6 गीगाहर्ट्ज़); लॉग-आवधिक द्विध्रुवीय एंटीना (LPDA) 0.9-4 GHz, इस अध्ययन के लिए विशेष रूप से बनाया गया है।

LPDA का उपयोग 2 GHz की आवृत्ति पर +18 dBi के मापा लाभ के साथ एक परवलयिक परावर्तक के साथ किया जाता था।

बीम के बाहर निकलने के आसपास एक एकीकृत टॉराइड करंट (ICT) था, जो प्रत्येक गुच्छा में आवेश के सटीक माप की अनुमति देता है।

डेटा संग्रह 100-500 घटनाओं से युक्त दिनचर्या में विभाजित किया गया था। उपप्रकारों के बीच, कुछ पैरामीटर (TX आवृत्ति, TX आयाम, TX स्थिति और RX स्थिति) विविध। जिन प्रयोगों में विश्लेषण के लिए डेटा लिया गया था, उन्हें सिग्नल रन कहा जाता है। अन्य उपप्रकार पृष्ठभूमि डेटा एकत्र करने के लिए आरक्षित किए गए हैं। एक प्रयोग की अवधि 8 दिन थी।

यदि इस प्रयोग में एक ट्रांसमीटर और एक रिसीवर का उपयोग किया जाता है, तो परिलक्षित सिग्नल की वर्णक्रमीय सामग्री asc और कैस्केड ज्यामिति दोनों का कार्य है। एक कॉम्पैक्ट कैसकेड के लिए, प्रयोग के मामले में, 1 ns से अधिक के किसी भी जीवनकाल को प्रेषित आवृत्ति पर एक महत्वपूर्ण रडार प्रतिबिंब दिखाई देगा। रिसीवर के प्रवर्धन के बिना पारेषण 50 W के शिखर पर किया गया था। इस सेटिंग के साथ, एक रडार सिग्नल कई एमवी के स्तर और ट्रांसमीटर आवृत्ति पर कई नैनोसेकंड की अवधि के साथ अपेक्षित था।

प्रयोग के परिणाम

फ़िल्टर करने के बाद, पहले प्रयोग के विश्लेषण में विकसित विधि का उपयोग करके डेटा सेट को आगे संसाधित किया गया था। सिग्नल की लौकिक और वर्णक्रमीय सामग्री दोनों की जांच करने के लिए, संकेतों की एक श्रृंखला में प्रत्येक फ़िल्टर्ड घटना के लिए एक आवृत्ति-समय स्पेक्ट्रोग्राम उत्पन्न किया गया था और इन स्पेक्ट्रोग्रामों का औसतन किया गया था।

छवि संख्या 2

छवि संख्या 2 इस प्रक्रिया का परिणाम दिखाती है। यहां आप स्पष्ट रूप से वास्तविक डेटा में अधिकता देख सकते हैं, और शून्य डेटा में नहीं, कई नैनोसेकंड की अवधि के साथ 2.1 गीगाहर्ट्ज के ट्रांसमीटर आवृत्ति पर।

कई ट्रांसमिशन फ्रिक्वेंसी, एंटीना पोजीशन और अलग-अलग एंटेना में एक समान अतिरिक्त देखा गया, लेकिन एक ही समय में और शून्य डेटा में एक आवृत्ति बिंदु पर कोई भी अतिरिक्त नहीं देखा गया।

एक बड़े कोण के साथ सिग्नल एक क्षैतिज कोण पर ध्रुवीकृत एंटीना के साथ प्रयोगों के दौरान प्राप्त किया गया था, जो एक स्पेक्युलर कोण पर उच्च संचरण गुणांक के साथ होता है, जहां परिणामी संकेत (एसवीडी फ़िल्टरिंग, एसवीडी - एकवचन अपघटन के साथ) बड़े डोमेन को सावधानी से समीकरण और औसत द्वारा निकालने के लिए पर्याप्त था। संरेखण का प्रदर्शन किया गया ताकि घटनाओं को संचरण अवधि के एक अंश से अधिक नहीं स्थानांतरित किया जा सके।

चित्र संख्या 3

उपरोक्त छवि समय डोमेन में परिणामी औसत दिखाती है। यह एक ही संकेत के FDTD मॉडलिंग (FDTD - समय डोमेन में परिमित अंतर की विधि) के साथ-साथ RadioScatter के सिमुलेशन के दौरान (कणों के काजल से मॉडलिंग रडार गूँज के लिए सॉफ्टवेयर) के दौरान प्रयोगात्मक परिणामों की तुलना भी दिखाता है।

कई जाँचें भी की गईं, जिससे यह सत्यापित करना संभव हो गया कि देखे गए संकेत में रडार के बिखरने के गुण हैं। इन सहायक मानदंडों में से एक तथ्य यह है कि सिग्नल ट्रांसमीटर (छवि संख्या 4) के आउटपुट पावर के साथ बढ़ाया जाता है।

छवि संख्या 4

वैज्ञानिकों ने ध्यान दिया कि चूंकि बीम के फटने के संबंध में संकेत इतना छोटा है, औरअशक्त परिकल्पना * पृष्ठभूमि घटकों के एक रैखिक संयोजन पर निर्भर करती है, संपूर्ण प्रणाली की गैर-स्पष्टता एक स्पष्ट समस्या है।

अशक्त परिकल्पना * डिफ़ॉल्ट धारणा है कि दो देखी गई घटनाओं के बीच कोई संबंध नहीं है।

सिस्टम के कई प्रायोगिक रन किए गए थे जिसमें एक ही आवृत्ति और आयाम पर एक निरंतर संकेत प्रवर्धित किया गया था और एक विवाल्डी एंटीना के माध्यम से प्रेषित किया गया था, और दूसरा, आस्टसीलस्कप से जुड़ा, एक रिसीवर के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया था। एक किरण फट के समान एक वर्णक्रमीय सामग्री के साथ एक उच्च वोल्टेज पल्स एक साथ प्रेषित किया गया था।

सटीक मान स्थापित करने के लिए, शुरुआती बूटस्ट्रैप (उपलब्ध नमूने के आधार पर मोंटे कार्लो छद्म-नमूना निर्माण विधि) का उपयोग करके 100 शून्य घटनाओं के एन = 107 सेट बनाए गए थे। इसके बाद, प्रत्येक सेट के लिए एक औसत स्पेक्ट्रोग्राम संकलित किया गया था और सिग्नल क्षेत्र में अतिरिक्त शक्ति के साइडबैंड से घटाए गए सांख्यिकीय मानदंड का अनुमान लगाया गया था।

अशक्त डेटा के लिए, सांख्यिकीय मानदंड TS _null = 2.20 था^6.56_-6.20 , और मापा डेटा के लिए TS _डेटा = 61.2 ^7.40_-6.58 ।

इस प्रकार, प्रयोग ने घने सामग्री (बर्फ में) में कणों के एक झरने से रडार प्रतिबिंब का निरीक्षण करना संभव बना दिया। दर्ज संकेत सैद्धांतिक उम्मीदों के साथ उत्कृष्ट समझौते में है, और संभावना है कि ये केवल पृष्ठभूमि कंपन हैं बहुत छोटा है।

अध्ययन की बारीकियों के साथ एक अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं सुझाव देता हूं कि आप वैज्ञानिकों की रिपोर्ट देखें ।

उपसंहार

न्यूट्रीनो का अध्ययन करना बेहद कठिन है, क्योंकि वे मक्खियों की तरह व्यवहार करते हैं: केवल आपने अखबार के बंडल को लहराया, क्योंकि यह पहले ही दृष्टि से गायब हो गया था। हालांकि, सब कुछ इतना निराशाजनक नहीं है, क्योंकि कई तकनीकें हैं जो हमें इन कणों का अध्ययन करने की अनुमति देती हैं। इस काम में, एक नई विधि पर विचार किया गया था, एक घने पदार्थ में न्यूट्रिनोस द्वारा उत्पन्न कणों के एक कैस्केड से रडार की गूंज पर आधारित था, जो इस मामले में बर्फ था।

पहले, न्यूट्रिनो अंटार्कटिका की बर्फ में पहले से ही दर्ज थे, लेकिन ये कम ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो थे। उच्च ऊर्जा न्यूट्रिनो के साथ, चीजें थोड़ी अधिक जटिल होती हैं। इस अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने एक प्रयोग किया जिसमें 4 मीटर लंबे प्लास्टिक लक्ष्य द्वारा बर्फ की भूमिका निभाई गई। उन्होंने लक्ष्य को निशाना बनाया और एक छोटे से गुच्छा न्यूट्रिनोस में पैक इलेक्ट्रॉनों के साथ बमबारी की। यदि गणना सही थी, तो ऐसे गुच्छा की कुल ऊर्जा एक उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो की कुल ऊर्जा के बराबर होनी चाहिए। फिर, रेडियो तरंगों को लक्ष्य पर भेजा गया, जिसने कणों का एक झरना रिकॉर्ड किया।

न्यूट्रिनो का अध्ययन बहुत महत्व रखता है, क्योंकि ये एकमात्र कण हैं जो एक निरंतर सीधे मार्ग के साथ चलते हैं। इसलिए, आप उनके स्रोत को ट्रैक कर सकते हैं, जो आपको इस समय यूनिवर्स में होने वाली प्रक्रियाओं के बारे में अधिक जानने के लिए अनुमति देगा, जो कि हम इस समय जानते हैं।

इस संभावित अध्ययन में अगला कदम प्लास्टिक के साथ प्रयोगशाला में नहीं, बल्कि असली बर्फ से सीधे अंटार्कटिका में प्रयोग करना है। यह आपको यह पता लगाने की अनुमति देगा कि क्षेत्र में रेडियो तरंगों की विधि कितनी प्रभावी है, इसलिए बोलने के लिए।

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद, जिज्ञासु बने रहें और एक अच्छा काम करने का सप्ताह है, दोस्तों। :)

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