Diposting Selasa, 11 Oktober 2011 jam 11:55 am oleh Gun HS

Pengukuran Paling Sensitif pada Neutrino yang Mengalir ke Bumi untuk Mempelajari Matahari

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Selasa, 11 Oktober 2011 -


Dengan menggunakan salah satu detektor neutrino paling sensitif di planet ini, sebuah tim internasional, termasuk fisikawan Laura Cadonati dan Andrea Pocar dari University of Massachusetts Amherst, kini mengukur aliran neutrino matahari yang mencapai bumi, dengan lebih tepat dari sebelumnya. Detektor ini menyidik materi pada tingkat yang paling mendasar dan menyediakan alat yang ampuh untuk secara langsung mengamati komposisi matahari.

Pocar, Cadonati beserta para kolega melaporkan dalam edisi terbaru Physical Review Letters bahwa instrumen Borexino kini mengukur dengan presisi tinggi aliran neutrino matahari berilium tujuh (7Be), partikel rendah energi yang melimpah di bawah ambang batas yang bisa diamati.

Dengan kemajuan ini, mereka kini mampu dengan tepat mempelajari perilaku neutrino surya yang mengandung energi kinetik di bawah 1 volt megaelektron (MeV). Para ilmuwan Borexino juga baru-baru ini melaporkan pengamatan pertama terhadap neutrino yang dihasilkan dalam mempelajari proses nuklir surya yang dikenal sebagai proton-elektron-proton, atau pep, serta menetapkan batas ketat pada reaksi yang melibatkan karbon, nitrogen dan oksigen (siklus CNO) di matahari.

Cadonati mengatakan, “Borexino adalah satu-satunya detektor yang mampu mengamati keseluruhan spektrum neutrino matahari secara sekaligus. Hasil studi kami, puncak dari 20 tahun penelitian, sangat mempersempit presisi pengamatan. Data mengkonfirmasi osilasi neutrino, perubahan cita rasa dan aliran yang diprediksi oleh model dari matahari dan fisika partikel. “

Pocar dan Cadonati mencatat, hal tertentu yang menarik adalah kemampuan instrumen Borexino untuk lebih benar-benar menguji parameter osilasi neutrino, memungkinkan untuk mengeksplorasi karakteristik massa non-zero mereka, yang tidak sesuai dengan Model Standar fisika partikel.

“Data kami dapat memberitahu kita tentang fisika mikro fundamental pada tingkat partikel,” kata Cadonati. “Borexino menggunakan neutrino untuk mengeksplorasi interior matahari, mencari petunjuk yang baru dan menarik bagi misteri alam semesta yang tidak bisa kita lihat.” Pocar menambahkan, “Detektor kami menyediakan tes yang ketat terhadap model osilasi neutrino-tiga.”

Detektor neutrino terletak di Laboratorio Nazionale del Gran Sasso, laboratorium fisika di bawah tanah dalam terowongan sepanjang 10 km, sekitar 5.000 kaki (1,5 km) di bawah Gran Sasso Mtn. di Italia. Instrumennya mendeteksi partikel anti-neutrino dan subatom lainnya yang berinteraksi di pusat cairan khusus, bola 300-ton berisi cairan sintilator yang dikelilingi oleh balon nilon transparan berdiameter 27,8 kaki (8,5 meter). Ini semua "mengapung" di dalam 700 ton cairan lain dalam tangki baja steel berdiameter 45 kaki (13,7 meter) yang tenggelam dalam cairan ultra-murni. Cairan penyangga melindungi sintilator dari radiasi dari lapisan luar detektor dan sekitarnya. (Kredit: University of Massachusetts di Amherst)

Neutrino surya diproduksi dalam proses nuklir dan peluruhan radioaktif dari beberapa elemen selama berlangsungnya reaksi fusi pada inti matahari. Sebanyak 65 miliar dari mereka mengalir keluar dari matahari dan menerpa setiap sentimeter persegi permukaan bumi [atau 420 miliar setiap inci perseginya] setiap detik. Tetapi karena hanya berinteraksi melalui gaya lemah nuklir, mereka melewati materi tanpa ada pengaruh, membuatnya sangat sulit untuk dideteksi dan dibedakan dari jejak peluruhan nuklir material biasa. Gaya lemah merupakan salah satu dari empat gaya fundamental alam, selain gravitasi, elektromagnetisme dan gaya kuat. Gaya ini bertanggung jawab atas peluruhan radioaktif dari partikel subatomik yang tidak stabil, dengan pengaruh jarak pendek, sekitar 1 persen dari diameter inti atom yang tipikal.

Instrumen Borexino, bertempat jauh di bawah Pegunungan Apennine Italia, mendeteksi neutrino saat mereka berinteraksi dengan sintilator cair organik ultra-murni di pusat sebuah bola besar yang dikelilingi 2.000 ton air. Dengan kedalaman yang besar dan banyak dilapisi pelindung, menjaga inti sebagai medium radiasi bebas.

Ada tiga jenis neutrino, atau “cita rasa”: elektron, muon dan tau. Sedangkan yang diproduksi di bawah sinar matahari adalah tipe elektron. Ketika bepergian jauh dari tempat kelahiran, mereka terombang-ambing, atau berubah dari satu cita rasa ke yang lain. Sebuah detektor seperti Borexino bisa mengamati semua tiga jenis ini secara real time dan mengukur energi masing-masing dari mereka, namun tidak bisa membedakan di antara mereka. Detektor ini lebih sensitif terhadap jenis elektron sehingga lebih mungkin untuk dilihat.

Aliran-aliran neutrino 7Be yang kini tengah terdeteksi oleh Borexino diperkirakan oleh model standar matahari membentuk sekitar 10 persen aliran surya, kata Cadonati. Sebelumnya instrumen di Kanada dan Jepang, yang dirancang untuk mendeteksi neutrino energi yang lebih tinggi, sudah mengamati bukti osilasi cita rasa mereka, menyelidik 1/10.000 aliran neutrino matahari dan osilasinya saat mereka melakukan perjalanan melalui materi surya. Namun, tanpa data dalam kisaran rendah-energi sebagaimana yang dipindai oleh Borexino, para fisikawan tidak dapat mengkonfirmasi efek energi spesifik dari osilasi neutrino matahari. Borexino kini telah mengisi kesenjangan ini dan pertama kalinya mengobservasi bukti osilasi neutrino dalam vakum, saat mereka melakukan perjalanan antara matahari dan bumi.

Pocar mengatakan bahwa dari sudut astrofisika, kemampuan Borexino untuk melakukan eksperimen “fisika presisi” dan mengumpulkan sejumlah besar pengamatan, dengan kekuatan statistik yang lebih tinggi, menghasilkan data yang menunjukkan cara kerja matahari kita. Sedangkan untuk kemungkinan menemukan jenis baru neutrino yang berasal dari matahari, yang dimungkinkan oleh beberapa ekstensi teoritis untuk Model Standar fisika partikel, ia menambahkan, “Anda selalu berharap melihat kejutan, beberapa penyimpangan kecil dari harapan. Dan inilah yang hanya bisa Anda miliki jika akurasi dan presisi Anda cukup bagus untuk melihat variasi yang sangat kecil.”

Dalam sebuah makalah pendamping, tim Borexino mengatakan aliran-aliran neutrino matahari 7Be yang mereka ukur menunjukkan tidak adanya perbedaan aliran antara siang dan malam. Hal itu mungkin karena neutrino melewati sebagian besar bumi pada malam hari. Tapi Pocar mengatakan, “Melintas melalui bumi tampaknya tidak mengubah cita rasa neutrino.”

Di masa mendatang, para peneliti berharap mampu mengidentifikasi asal usul setiap jenis neutrino yang berasal dari matahari, khususnya dalam menilai tingkat yang relatif dari karbon, nitrogen dan oksigen di sana, untuk memperdalam pemahaman tentang bagaimana matahari berevolusi dan bagaimana cara kerjanya yang terkait dengan bintang yang lebih besar.

Borexino merupakan kolaborasi internasional yang didanai oleh US National Science Foundation, Italian National Institute for Nuclear Physics (INFN) yang mengelola laboratorium Gran Sasso serta organisasi serupa di Jerman, Rusia dan Polandia.

Kredit: University of Massachusetts at Amherst
Jurnal: G. Bellini, J. Benziger, D. Bick, S. Bonetti, G. Bonfini, M. Buizza Avanzini, B. Caccianiga, L. Cadonati, F. Calaprice, C. Carraro, P. Cavalcante, A. Chavarria, D. D’Angelo, S. Davini, A. Derbin, A. Etenko, K. Fomenko, D. Franco, C. Galbiati, S. Gazzana, C. Ghiano, M. Giammarchi, M. Goeger-Neff, A. Goretti, L. Grandi, E. Guardincerri, S. Hardy, Aldo Ianni, Andrea Ianni, V. Kobychev, D. Korablev, G. Korga, Y. Koshio, D. Kryn, M. Laubenstein, T. Lewke, E. Litvinovich, B. Loer, F. Lombardi, P. Lombardi, L. Ludhova, I. Machulin, S. Manecki, W. Maneschg, G. Manuzio, Q. Meindl, E. Meroni, L. Miramonti, M. Misiaszek, D. Montanari, P. Mosteiro, V. Muratova, L. Oberauer, M. Obolensky, F. Ortica, M. Pallavicini, L. Papp, C. Peña-Garay, L. Perasso, S. Perasso, A. Pocar, R. Raghavan, G. Ranucci, A. Razeto, A. Re, A. Romani, A. Sabelnikov, R. Saldanha, C. Salvo, S. Schönert, H. Simgen, M. Skorokhvatov, O. Smirnov, A. Sotnikov, S. Sukhotin, Y. Suvorov, R. Tartaglia, G. Testera, D. Vignaud, R. Vogelaar, F. von Feilitzsch, J. Winter, M. Wojcik, A. Wright, M. Wurm, J. Xu, O. Zaimidoroga, S. Zavatarelli, G. Zuzel. Precision Measurement of the 7Be Solar Neutrino Interaction Rate in Borexino. Physical Review Letters, 2011; 107 (14) DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.141302

Gun HS
There's only one thing I figured about myself: Complex
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.