Astronomen haben möglicherweise sieben Geisterteilchen entdeckt, die die Erde durchquert haben!

Das IceCube-Observatorium befindet sich in der Antarktis, weil es ein Ort mit weniger menschlichen Eingriffen ist und das Eis als Detektionsmedium dienen kann. Das IceCube-Projekt zielt auf die Beobachtung von Teilchen, die als Neutrinos bekannt sind. Diese Teilchen sind extrem leicht und schwer nachzuweisen, da sie nur wenig mit ihrer Umgebung wechselwirken.

Es gibt verschiedene Arten von Neutrinos, und einige von ihnen passieren uns unbemerkt die ganze Zeit.Eine Quelle von Neutrinos ist die Sonne selbst, die für den Großteil der Neutrinos, die wir empfangen, verantwortlich ist. Neutrinos können auch extrem energiereich sein und aus weit entfernten Regionen des Universums stammen. Diese Neutrinos werden als astrophysikalische Neutrinos bezeichnet.

Es gibt verschiedene Arten von Neutrinos, und das am schwierigsten nachzuweisende ist das sogenannte astrophysikalische Tau-Neutrino. Aufgrund der Schwierigkeit, es nachzuweisen, hat es den Namen Geisterteilchen erhalten. Eine Gruppe von Astronomen, die mit dem IceCube-Observatorium zusammenarbeitet, hat berichtet, dass sie möglicherweise Beweise für sieben Geisterteilchen gefunden hat.

Was sind Neutrinos?

Neutrinos sind Teilchen, die im Standardmodell vertreten sind. Sie werden als Leptonen klassifiziert und der berühmteste Name für diese Klasse ist das Elektron. Neutrinos werden als fundamentale Teilchen betrachtet, was bedeutet, dass sie unteilbar sind und keine kleinere Struktur in sich haben.

Außerdem sind Neutrinos sehr leicht, und es gab eine Zeit, in der Physiker dachten, sie hätten nicht einmal eine Masse. Heute weiß man, dass Neutrinos eine sehr geringe Masse haben, was bedeutet, dass auch die Gravitationswechselwirkung schwach ist. Die einzige Wechselwirkung, die Neutrinos wesentlich beeinflusst, ist die schwache Wechselwirkung.

Arten von Neutrinos

Jedes dieser Neutrinos ist mit der Art des physikalischen Prozesses verbunden, durch den es entstanden ist. Das Elektronenneutrino ist mit dem Betazerfall verbunden, das Myonneutrino mit dem Zerfall des Myonteilchens.

Eine der interessantesten Arten ist das Tau-Neutrino, das mit Tau-Teilchen in Verbindung gebracht wird. Sie haben einige Eigenschaften, die sie von anderen Neutrinoarten unterscheiden, wie zum Beispiel, dass sie schwieriger zu erzeugen sind und eine kurze Lebensdauer haben. Interessanterweise können Neutrinos ihren Typ durch Neutrino-Oszillation ändern.

Das IceCube-Observatorium in der Antarktis

Das IceCube-Observatorium ist für die Beobachtung schwer sichtbarer Teilchen konzipiert. Um diese Herausforderung zu meistern, verwendet IceCube optische Sensoren wie Seile, die im antarktischen Eis angebracht sind und eine Tiefe von fast 2 Kilometern erreichen. Wenn ein Neutrino mit Teilchen im Eis wechselwirkt, erzeugt es einen Prozess, der Cherenkov-Kaskade genannt wird.

Die Cherenkov-Kaskade tritt auf, wenn das Neutrino mit Eisteilchen wechselwirkt und andere Teilchen erzeugt. Diese Art von Prozess erzeugt ein charakteristisches bläuliches Licht, das von Sensoren erfasst wird. Durch die Analyse des Lichtmusters, das mit den erzeugten Teilchen verbunden ist, ist es möglich, die Eigenschaften der Neutrinos zu ermitteln, die sie durchlaufen haben.

Neuronale Netze

Anhand von Lichtmustern, die in einem 10-jährigen Beobachtungsdatensatz gefunden wurden, trainierten Forscher der IceCube-Kollaboration ein Modell für ein neuronales Faltungsnetzwerk, das zur Identifizierung und Klassifizierung in der Lage ist. Neuronale Faltungsnetzwerke verwenden Faltungsschichten, die Informationen aus Bildern oder Tensoren lernen.

Dieser Netzwerktyp wird häufig in der Wissenschaft und bei Computer-Vision-Problemen eingesetzt. Viele autonome Autos verwenden Algorithmen auf der Grundlage von neuronalen Faltungsnetzen, weil die räumliche Beziehung extrem wichtig ist. Sie können Vorhersagen treffen und auch Klassifizierungen vornehmen.

Phantom-Partikel gefunden

Das trainierte Modell konnte sieben mögliche Kandidaten für Tau-Neutrinos identifizieren. Nach weiterer Analyse kam die Forschungsgruppe zu dem Schluss, dass die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um Interferenzen oder andere Phänomene handelt, sehr gering ist. Die größte Wahrscheinlichkeit ist, dass wir astrophysikalische Tau-Neutrinos beobachten.

Diese Entdeckung ist für Astronomie und Physik von großer Bedeutung. Astrophysikalische Tau-Neutrinos stammen aus energetischen Prozessen in weit entfernten Teilen des Universums. Es ist möglich, mehr über diese Prozesse zu erfahren, ohne sich ausschließlich auf Licht als einzigen astrophysikalischen Boten zu verlassen.

Eine neue Möglichkeit

Die Multimessenger-Astronomie wurde mit der Entdeckung der Gravitationswellen im Jahr 2015 Realität. Neutrinos gelten ebenfalls als Botenstoffe, die zu diesem Bereich der Astronomie beitragen können. Die Beobachtung von Phänomenen mit mehreren Botschaftern ist wichtig für das Verständnis der damit verbundenen physikalischen Prozesse.

Quellenhinweis:

IceCube Collaboration 2024. Observation of Seven Astrophysical Tau Neutrino Candidates with IceCube. arXiv.