Nötrinolar maddenin çok küçük bir parçasıdır. O kadar küçüktür ki 1956 yılına kadar keşfedilememiştir. Nötrinoların üç çeşidi vardır, parçacık fiziğinde bu üç tat olarak adlandırılır ve bunlar elektron, müon ve taudur. Çoğu insan maddenin parçacıklarının elektron, nötron ve proton gibi üç parçacık olarak tanır. 4.sınıf fen bilgisi dersinde bir atomun nelerden oluştuğu böyle öğrenilir. Ancak bunun daha fazlası vardır.
Protonlar ve nötronlar parçacıklar kategorisinde fermiyonik hadronlar veya baryonlara aittir. Genellikle fermiyonlar maddenin yapıtaşlarıdır. Baryonlar kuarklardan yapılmıştır ve yaklaşık 120 baryon parçacığını oluşturan 6 tür kuark vardır.
Nötrinolar ise leptonlar olarak adlandırılan bir kategoriye girerler ki leptonlar da fermiyondur ve kuarklarla birlikte maddeyi oluştururlar. Leptonlar ve kuarklar arasındaki farklılık kuarkların bir araya gelerek baryonları oluşturduklarında leptonlar kendi başlarına var olurlar. Leptonlar ailesinde 6 parçacık vardır: elektron, elektron nötrino, müon, müon nötrino, tau ve tau nötrino. Her biri için, nötrino nötral bir yük taşırken karşılık gelenlerinin tümü negatif bir yüke sahiptir. Bu aşağıdaki tablodan daha iyi anlaşılabilir:
| Fermiyonlar | |||
| Leptonlar | Kuarklar | ||
| İsim | Yük | İsim | Yük |
| Elektron Nötrino | 0 | Yukarı | 2/3 |
| Elektron | -1 | Aşağı | -1/3 |
| Müon Nötrino | 0 | Tılsım | 2/3 |
| Müon | -1 | Acayip | -1/3 |
| Tau Nötrino | 0 | Üst | 2/3 |
| Tau | -1 | Alt | -1/3 |
Nötrino nötr elektrik yükü ile bir leptondur. Leptonlar kuarklar veya gluonlardan değil kendi bileşenlerinden oluştukları için bu nötrinonun sadece iki yolla etkileşeceğini gösterir: kütleçekim ve zayıf kuvvet. Ancak nötrinolar genellikle çok küçük kütlelere sahiptir ve kütleçekimsel etkileri ihmal edilebilir. Nötrinonun nasıl etkileştiği nötrino astrofiziği için çok önemlidir. Diğer parçacıklar galaktik ve ekstra-galaktik uzaklıkları katettikçe, yönleri sapar, saçılırlar veya hatta madde, kütleçekimsel ve manyetik alanlar tarafından durdurulabilirler. Nötrinolar galaksinin çok uzak köşelerinden mükemmel kaynak bilgileri sınır tanımadan tüm evreni dolaşabilir.
Nötrino Kaynakları
Nötrinolar aslında inanılmaz egzotik parçacıklar değildir. Her saniye vücudumuzdan 100000 milyar tanesi geçmektedir. İstatiksel olarak vücudumuz ömrümüz boyunca o kadar nötrino içinden sadece birini durduracaktır. Yani nötrinolar her zaman üretilir. Bu üretilme yollarından biri de nükleer reaktörlerdir. Parçacıklar bozunmaya uğradıklarında nötrino üretirler ve bir nükleer reaktörde saniye başına santimetrekarede 1013 nötrino akısı meydana gelir. Nötrinolar ayrıca Güneş’te de üretilirler, güneş nötrinoları adını alırlar hatta. Güneş büyük bir nükleer reaktör olduğu için bu aslına bakarsanız sürpriz de değildir. Bunların yanında nötrinolar ilkel kozmik ışınlarının atmosferde etkileşmesiyle de üretilebilirler.
IceCube Projesi ile Nötrinolar Nasıl Gözlemleniyor?
IceCube yani BuzKüpü projesi nedir? IceCube neredeyse kütlesiz nötrino atom altı parçacıklarının etkileşimlerini kaydeden Güney Kutbu’ndaki bir parçacık dedektörüdür. Kısaca IceCube dünyadaki en büyük nötrino teleskobudur denilebilir. Bir kilometre küplük bu dedektör nötrinoları algılamada şimdiye kadar ki yapılan çalışmalardan daha iyi çözünürlük ve geliştirilmiş hassasiyeti bilim insanlarına sunmaktadır. Yapımı 17 Aralık 2010’da birkaç yüz milyon dolarlık maliyetle tamamlandı. Bu ölçekte yapılan ilk dedektör iken, bu tür bir konsepte sahip bir teleskop daha önce su altı ve buz altı olarak uygulamaya konmuştu. IceCube daha önceki başarılı nötrino deneyleri üzerine inşa edildi ve astronomlara evrenin daha da şaşırtıcı özelliklerini keşfetmek için bir şans verebilir.
IceCube işbirliği çeşitli kıtalardan 20 üniversite ve enstitüden oluşmaktadır. IceCube’e benzer birçok projede yer almış deneyimli araştırmacılardan oluşan bir grup tarafından yürütülmektedir. Süper-Kamiokande ve MACRO gibi bir önceki nesil deneyler daha geniş deney alanlarının geliştirilmesi gerektiğini ortaya koymuştu. AMANDA (Antarktik Müon ve Nötrino Dedektör Dizisi) ve Baykal Gölü 10 bin metre karelik kutup buzu veya Sibirya gölü derinliği gibi doğal derin ortamın kullanılmasına olanak sağlıyordu. Yine Akdeniz’de Antares projesi büyük bir su altı dedektörü olarak IceCube projesini tamamlayabilecek bir fizibiliteye sahip.
IceCube yüksek enerjili müonları yayan Cherenkov ışımasını algılamak için tasarlanan bir kilometre küplük optik modüller dizisinden oluşmaktadır. Bu yüksek enerjili müonlar su veya buz altında nötrinoları yan ürün olarak çıkaracak etkileşmelere sahiptir. IceCube tesisinde buza gömülü 80 seri yer alıyor ve bu 2.5 kilometrelik serilerin her biri serinin bir kilometre altında yer alan 17 metre aralıklı 60 optik modüle sahiptir. Toplamda 4800 optik modül ile IceCube’ün toplam ölçüm hacmi 1 kilometre küp olur.
Bu müon parçacıklarından biri optik modülleri tarafından algılandığında, optik modüller bunu yükseltirler, zaman damgasını vurup dijitize ederler ve yüzeye gönderirler. Aynı olay tüm optik modüllerde gerçekleşir. Bilim insanları müonun gelme yolunu biliyorsa, nötrinonun da üretilme yolunu biliyorlar demektir. Böylece bir nötrino oluşum kaynak noktası belirlenir ve nötrinolar orada karşılanır.
Projenin bir başka parçası da IceTop ismi verilen IceCube’ün üzerinde hegzagonal bir yapıya sahip olan bir kilometre karelik dizilerdir. Bu diziler 1015 eV-1018 eV etkin enerji aralığı ile ekstra-galaktik kaynakların başına kadar uzanan geniş bir yelpaze sağlamaktadır.
Buzun altındaki optik modül dizileri.
4800 Dijital Optik Modül IceCube projesindeki optik dizileri oluşturmaktadır ve bir çok bileşene sahiptir. Bu projede, optik modüller buz yüzeyinin altında 1.4 kilometreden 2.4 kilometre derinliğe kadar yayılmıştır. Bu kadar aşağı bunları yerleştirebilmek kolay değildir. Bunun için geleneksel sondaj sistemi yerine sıcak su sondaj sistemi kullanılarak neredeyse 2.5 kilometre kadar aşağı gerekli sondaj yapıldı.
2010 yılından bu yana yapılan çalışmalarda IceCube projesi nokta kaynaklardan, Gamma-ışını patlamalarından ve WIMP-proton etkileşmelerinin etkileri ile Güneş’teki nötralino yok olmasından (nötralino süpersimetri teorisinin öngörüsü olan hipotetik parçacıktır) kaynaklanan nötrino akı limitlerini tanımladılar.
Güney Kutbu’nda bir bilim yuvası: IceCube Laboratuvarı!
Uydumuz Ay’dan kaynaklanan gölgeleme etkisini gözlemlediler. Kozmik ışın protonları Ay tarafından engellenerek Ay yönündeki kozmik ışın işaretçisi müonların sayısında eksiklik oluşturmaktadır. Bu etkinin %1’in altında olacak şekilde küçük olduğunu gözlemlediler.
2013 yılında muhtemelen astrofiziksel kökene sahip yüksek enerjili bir nötrino çiftini gözlemlediler. Bu bugüne kadar keşfedilen en yüksek enerjili nötrinolardır ve enerjili peta-elektron volt enerji aralığındaydı. Bu enerji seviyesi 1 milyon GeV anlamına geliyor.
Sonuç olarak IceCube projesi ile gelişmeye devam etmekte olan nötrino astronomisi nötrinoların kaynaklarını nereden geldiklerini ve galaksimizin çok uzak tamamlanmış bir resmini bulmamızı sağlayabilir.
Atom altı parçacıklar yazı dizimizde elektron, nötron, proton, pozitron, tau ve müonun ardından nötrino atom altı parçacığını ele almış olduk. Yazı dizimiz devam ediyor olacak.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Kaynaklar:
- http://www.astro.wisc.edu/~heroux/neutrino.html
- http://www.ps.uci.edu/~superk/neutrino.html
- http://www.astro.wisc.edu/~heroux/doms.html
- http://www.astro.wisc.edu/~heroux/deployment.html
- http://en.wikipedia.org/wiki/IceCube_Neutrino_Observatory
