Een van de grootste mysteries in de astrofysica van tegenwoordig is een klein subatomair deeltje dat een neutrino wordt genoemd. zo klein dat het door de materie gaat - de atmosfeer, onze lichamen, de aarde - zonder detectie.

Natuurkundigen over de hele wereld proberen al tientallen jaren neutrino's te detecteren, die onze planeet constant bombarderen en die lichter zijn dan alle andere bekende subatomaire deeltjes. Wetenschappers hopen dat door het vangen van neutrino's, ze kunnen ze bestuderen en, Hopelijk, begrijpen waar ze vandaan komen en wat ze doen.

Maar bestaande pogingen zijn vaak duur, en missen een hele klasse hoogenergetische neutrino's uit enkele van de verste uithoeken van de ruimte.

Een nieuwe studie die vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Fysieke beoordelingsbrieven shows, Voor de eerste keer, een experiment dat die klasse neutrino's kon detecteren met behulp van radarecho's.

"Deze neutrino's zijn fundamentele deeltjes die we niet begrijpen, " zei Steven Prohira, hoofdauteur van de studie en een onderzoeker aan het Ohio State University Center for Cosmology and Astroarticle Physics. "En ultrahoge-energetische neutrino's kunnen ons vertellen over enorme delen van het universum waar we op geen enkele andere manier echt toegang toe hebben. We moeten uitzoeken hoe we ze kunnen bestuderen, en dat is wat dit experiment probeert te doen."

De studie is gebaseerd op een fenomeen dat bekend staat als een cascade. Wetenschappers denken dat neutrino's met bijna de lichtsnelheid door de aarde bewegen - er gaan nu miljarden door je heen, terwijl u dit leest.

Hogere energie neutrino's hebben meer kans om te botsen met atomen. Die botsingen veroorzaken een cascade van geladen deeltjes - "als een gigantische spray, " zei Prohira. En de cascades zijn belangrijk:als onderzoekers de cascade kunnen detecteren, ze kunnen een neutrino detecteren. Ultrahoge-energetische neutrino's zijn zo zeldzaam dat wetenschappers ze tot nu toe niet hebben kunnen detecteren.

Wetenschappers hebben ontdekt dat de beste plaatsen om neutrino's te detecteren zich in grote lagen afgelegen ijs bevinden:de langstlopende en meest succesvolle neutrino-experimenten bevinden zich op Antarctica. Maar die experimenten hebben tot nu toe geen neutrino's met hogere energieën kunnen detecteren.

Dat is waar Prohira's onderzoek om de hoek komt kijken:zijn team toonde aan, in een laboratorium, dat het mogelijk is om de cascade te detecteren die optreedt wanneer een neutrino een atoom raakt door radiogolven te laten weerkaatsen vanaf het spoor van geladen deeltjes dat door de cascade wordt achtergelaten.

Voor deze studie is ze gingen naar het SLAC National Accelerator Laboratory in Californië, een 4 meter lang plastic doelwit opzetten om ijs op Antarctica te simuleren, en bestraalde het doelwit met een miljard elektronen verpakt in een kleine bundel om neutrino's te simuleren. (De totale energie van die elektronenbundel, Prohira zei, is vergelijkbaar met de totale energie van een hoogenergetisch neutrino.) Vervolgens zonden ze radiogolven uit naar het plastic doelwit om te zien of de golven inderdaad een cascade zouden detecteren. Dat deden ze.

Prohira zei dat de volgende stap is om het experiment naar Antarctica te brengen, om te zien of het daar neutrino's kan detecteren over een groot volume afgelegen ijs.

Radiogolven zijn de goedkoopste bekende technologie voor het detecteren van neutrino's, hij zei, "wat een deel is van waarom dit zo opwindend is." Radiogolven worden al zo'n 20 jaar gebruikt bij het zoeken naar de neutrino's met de hoogste energie, zei Prohira. Deze radartechniek zou nog een hulpmiddel kunnen zijn in de radiogolf-toolbox voor wetenschappers die ultrahoge-energetische neutrino's willen bestuderen.

En een beter begrip van neutrino's zou ons kunnen helpen meer te begrijpen over onze melkweg en de rest van het universum.

"Neutrino's zijn de enige bekende deeltjes die in rechte lijnen reizen - ze gaan dwars door dingen heen, " zei hij. "Er zijn geen andere deeltjes die dat doen:licht wordt geblokkeerd. Andere geladen deeltjes worden afgebogen in magnetische velden."

Als ergens in het heelal een neutrino ontstaat, het reist in een rechte lijn, ongewijzigd.

"Het verwijst rechtstreeks naar het ding dat het heeft voortgebracht, ' zei Prohira. 'Dus, het is een manier voor ons om deze extreem energetische processen in het universum te identificeren en er meer over te leren."