הינך נמצא כאן

אורחים מקצה היקום

04.08.2013

גלאי  .IceCubeתמונה: ג'יימי יאנג/NSF ו-IceCube Collaboration
נקודת מבט חדשה עשויה לאפשר לנו לראות דברים שלא ראינו קודם. באותה מידה, קליטה ומדידה של חלקיקים מסוגים שונים עשויה לחשוף לפנינו "תמונות עולם" שונות ומשלימות. למשל, כשאנו מתבוננים ביקום, אנחנו קולטים ומודדים, בדרך כלל, גלי אור באורכי-גל שונים (חלקם נראים לעין האדם וחלקם אינם נראים). אבל בשני מקרים בעבר נוכחנו לדעת, שהתבוננות בחלקיקי ניטרינו (ניטרינים) אשר מגיעים אלינו ממקורות שונים ביקום עשויה לאפשר תובנות חדשות לגבי העולם. בשני המקרים היה מדובר בניטרינים שהגיעו אלינו ממקורות קרובים יחסית: סופרנובה 1987A התפוצצה בגלקסיה סמוכה, והניטרינים שהגיעו ממנה סיפקו אישור לכך שהפיצוץ נבע מקריסה כבידתית של הכוכב שהפך לכוכב ניטרונים; חלקיקי הניטרינו שהגיעו מהשמש שלנו איפשרו לנו להבין את מנגנון הפקת האנרגיה שמתחולל בליבתה, ולמדוד את מאסת הניטרינים.
רמזים שעלו במחקרים תיאורטיים שונים הם, כי שני מקרים אלה אינם אלא קצה הקרחון, ושלמעשה, ניטרינים אשר עשויים להגיע אלינו ממרחקים קוסמולוגיים, ממרחבי היקום, יוכלו ללמד אותנו על תהליכים שאי-אפשר להבחין בהם באמצעות גלי אור. מדובר, למעשה, בסוג חדש לחלוטין של אסטרונומיה. למשל, אנו יודעים שבמרחבי היקום פועלים מאיצי חלקיקים טבעיים החזקים פי 100 מיליון ממאיץ החלקיקים הגדול (LHC), אשר מותקן במעבדה האירופית לחקר פיסיקת החלקיקים, סר"ן, שליד ז'נבה. אנחנו יודעים על המאיצים האלה, מכיוון שהחלקיקים שהם "משגרים" אלינו פוגעים בעוצמה רבה בשכבה העליונה של האטמוספירה, וגורמים בכך ל"מטר" של חלקיקים היורדים אל תוך האטמוספירה, ונקלטים במכשירי המדידה שלנו. אבל איפה בדיוק ממוקמים המאיצים האלה? אילו חלקיקים הם מאיצים? פרוטונים? גרעינים כבדים? איך בדיוק הם מאיצים את החלקיקים למהירויות גבוהות כל כך? כל השאלות האלה מרתקות אסטרופיסיקאים ברחבי העולם.
 
בתמונה העליונה: גלאי .IceCubeג'יימי יאנג/NSF ו-IceCube Collaboration. בתמונה התחתונה: מימין נראה אירוע שבו גילה הגלאי חלקיק ניטרינו שנוצר באטמוספירה והגיע לגלאי לאחר שעבר דרך כל כדור-הארץ. משמאל נראה אירוע של גילוי חלקיק קרינה קוסמית שהגיע לגלאי לאחר שעבר באטמוספירה בלבד
פרופ' אלי וקסמן, מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה במכון ויצמן למדע, הציע כי המאיצים המרוחקים פועלים בקרבת חורים שחורים צעירים שמאסתם דומה לזו של השמש, האחראים גם ליצירתם של הבזקים חזקים של קרני גמא. בעבודת המשך, שביצע יחד עם פרופ' ג'ון בקל מהמכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון, הציעו השניים מודל שחזה, כי בתהליך ההאצה ייווצרו חלקיקי ניטרינו אנרגטיים.
חלקיקי ניטרינו הם חסרי מטען, כמעט חסרי מאסה, והם ממעטים לקיים קשרי-גומלין עם מרכיבי חומר אחרים. במילים אחרות, הם מגיעים מקצות היקום, חולפים דרך כל מה שניצב בדרכם, כולל כדור-הארץ ובני-אדם שחיים על פניו – וממשיכים בדרכם ליעדים לא ידועים. קליטה וזיהוי של ניטרינים אלה, אשר מגיעים לכאן ממקורות רחוקים, עשויים להיות תחילתה של אסטרונומיה חדשה, ואולי אפילו של פיסיקה חדשה. השאלה היא, כמובן, איך קולטים ומודדים חלקיקים אנרגטיים ש"לא סופרים אותנו", וכמעט שאינם מקיימים יחסי-גומלין עם שום חומר אחר.
 
אם לא די בקושי המובנה הזה, הוסיפו וקסמן ובקל, כתוצאה ממחקר משותף נוסף, חסם עליון לכמותם של החלקיקים האלה, שלפיו (ללא תלות במקור הניטרינים האלה) יגיע לכדור-הארץ חלקיק אחד, לקילומטר רבוע, במשך שנייה. מהחסם העליון הזה נגזר, שגלאי בגודל של מיליארד טונות שיוצב על כדור-הארץ יגלה, במשך שנה שלמה, לא יותר מכמה עשרות בודדות של חלקיקי ניטרינו אנרגטיים שמקורם באותם מקורות קוסמולוגיים רחוקים. כיוון שברור כי אין אפשרות לבנות גלאי כזה, פנו המדענים אל הטבע. כך החלו לבנות גלאי ענק בכיפת הקרח העוטפת את אנטארקטיקה. הגלאי השלם נוצר למעשה מרשת של גלאים קטנים שמותקנים בעומק הקרח האנטארקטי.
 
פרופ' אלי וקסמן
בניית הגלאי הענק נמשכה כמה שנים, ונשלמה באחרונה. מנתונים שנאספו בגלאי בשנתיים האחרונות (בשלבים האחרונים של בנייתו ומאז השלמתו), עולה שבתקופה זו התגלו בגלאי כמה עשרות חלקיקי ניטרינו - מספר קרוב מאוד לחסם העליון של וקסמן ובקל. מתוצאה זו עולה, שהניטרינים אשר התגלו אכן הגיעו ממקורות קוסמולוגיים רחוקים, וכן שהשיקולים שעל-פיהם יצרו וקסמן ובקל את המודל שלהם, נכונים. בין אלה אפשר למנות את הנחות היסוד הבאות: המאיצים (שטיבם עדיין אינו ידוע) מפוזרים ביקום באופן שווה; הם מאיצים פרוטונים, ותוך כדי כך נוצרים ניטרינים; סוגי הניטרינים השונים מגיעים אלינו בכמויות שוות; קצב ההאצה של המאיצים עולה עם המרחק. כלומר, מאיץ רחוק יותר, שהוא "עתיק יותר", מפיק יותר חלקיקים ליחידת זמן (או שצפיפות המאיצים עולה ככל שמרחיקים אל העבר); חלק ניכר מהאנרגיה של המאיצים משמש להפקת חלקיקי הניטרינו.
 
פרופ' וקסמן אומר, שיש לחזור ולבחון נתונים נוספים שיאסוף הגלאי האנטארקטי בשנים הקרובות, ושעדיין עומדת לפנינו תעלומת מקורותיהם של החלקיקים המואצים. כך או כך, נראה שמעתה יעמדו לרשות המדענים כלים ונתונים שיאפשרו לפתח אסטרונומיה ואסטרופיסיקה מסוג חדש, ובין היתר לבחון הנחות שונות העומדות בבסיס תורת היחסות בדיוק רב בהרבה בהשוואה ליכולתנו כיום. וכאמור, התבוננות בדרכים שונות עשויה לגלות לנו עובדות שלא ידענו על היקום שבו אנו חיים.
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 

 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם