אתר מורי פיזיקה - עמוד הבית

מבוסס על:

ה"טלסקופ", או ליתר דיוק- גלאי חלקיקי הניטרינו מורכב מסדרת חיישנים הפזורים בתוך קילומטר מעוקב של קרח בתחנה הנמצאת בקוטב הדרומי הגיאוגרפי.

מהם חלקיקי ניטרינו?
ניטרינו הוא חלקיק יסודי, כזה שככל הידוע לא מורכב מחלקיקים קטנים יותר.  הניטרינו הוא בעל מסה קטנה מאד, נע בד"כ במהירות הקרובה למהירות האור, ניטרלי מבחינה חשמלית ויכול לעבור דרך חומר כמעט ללא הפרעה.
מאחר והניטרינו אינו טעון, הוא לא מגיב לכוח אלקטרו מגנטי. הכוח היחידי שהניטרינו מושפע ממנו הוא הכוח החלש - זהו כוח כל כך קטן שאם הוא פועל במקביל לכוח אלקטרומגנטי, אזי הכוח החלש יהיה קטן בערך פי 1011 מסדר הגודל של הכוח האלקטרו מגנטי. הכוח החלש הוא כוח תת אטומי, ובצורתו המוכרת ביותר הוא אחראי על "דעיכת בטא" -  תהליך המתרחש בגרעין האטום וכולל פליטה של אלקטרונים על ידי נויטרונים, או פליטה של פוזיטרונים (אלקטרונים בעלי מטען חיובי) על ידי פרוטונים.  בתהליך זה נוצרים גם ניטרינו או אנטי ניטרינו: הניטרינו נוצר כאשר פרוטון בגרעין האטום הופך לנויטרון (תוך פליטה של פוזיטרון). האנטי-ניטרינו נוצר כאשר נויטרון בגרעין האטום הופך לפרוטון (תוך פליטה של אלקטרון). נציין שבאופן עקרוני אנטי-חלקיק הוא חלקיק הזהה לחלקיק המקורי בכל, פרט לסימנם של המטענים. (בפיזיקת החלקיקים ישנם סוגים מסוימים של מטענים בנוסף למטען החשמלי).  הניטרינו הנוצרים בדעיכת בטא יכולים אח"כ להתנגש בנויטרון וליצור פרוטון ואלקטרון. האנטי ניטרינו הנוצרים בדעיכת בטא יכולים אח"כ להתנגש בפרוטון וליצור נויטרון ופוזיטרון. נוסיף שישנם שלושה סוגים של ניטרינו, ובתהליכים דומים של דעיכת בטא יכולים להיפלט במקום האלקטרון או הפוזיטרון מיואונים (חלקיקים בעלי מטען זהה לזה של האלקטרון אך בעלי מסה גדולה פי 200 מזו של האלקטרון) או אנטי מיואונים.
נציין שניטרינו מושפע גם מכוח הגרביטציה, אך כוח זה זניח ביחס לכוחות האחרים.
מאחר והכוח החלש משפיע רק במרחקים תת אטומיים, הניטרינו יכול לעבור מרחקים עצומים בלי להיות מושפע מכוח זה.
מקורם של רוב הניטרינו המגיעים לכדוה"א הוא בשמש. בכל שנייה עוברים 6.5×1010  ניטרינו כאלו בשטח של ס"מ מרובע על פני כדוה"א. ישנם ניטרינו בעלי אנרגיה רבה יותר המגיעים ישר מפריצות של קרני גמא, מקוואזארים, מחורים שחורים ואולי אף מהשמדה של חומר שחור.
כאמור, רובם של הניטרינו עוברים דרך חומרים ללא אינטראקציה עם החומר. משום כך, כדי לגלות מספר משמעותי של ניטרינו יש לבנות גלאים גדולים מאד. בדרך כלל נבנים הגלאים הללו מתחת לאדמה, על מנת למנוע מסוגי קרינה אחרים לחדור אליהם.
השיטות לגילוי ניטרינו מבוססות בעיקר על העובדה שניטרינו יכול –כאמור לעיל- ליצור אלקטרון או מיואון. לדוגמא: גלאי המכיל מים כבדים מבוסס על גילוי של קרינת צ'רנקוב. זוהי קרינה אלקטרומגנטית הנפלטת כתוצאה מכך שמטען כמו אלקטרון עובר דרך תווך דיאלקטרי (תווך שהמולקולות בו יכולות להתקטב) במהירות הגדולה ממהירות האור באותו תווך (נציין שמהירות האור בריק היא חסם עליון למהירות, אך בתווך צפוף מהירות האור נמוכה יותר, וחלקיק יכול לנוע בתוך התווך במהירות הגבוהה ממהירות האור באותו התווך). המטען מקטב את המולקולות שבתווך, ואלו חוזרות מהר למצבן המקורי, תוך פליטת קרינה. במקרה של גלאי זה נפלטת קרינת צ'רנוקוב כאשר אלקטרונים או מיואונים נוצרים כתוצאה מכניסה של ניטרינו לתווך.  

אם כן, לאחר עשור של תכנונים, הושלמה החודש בניית טלסקופ הניטרינו הגדול בעולם שהותקן על מישור הקרח הגדול בנקודה המדויקת של הקוטב הדרומי הגיאוגרפי. בגלאי הוצבו 5,160 חיישנים אופטיים היוצרים את הגלאי הראשי – כאמור, קילומטר מעוקב של מכשירים– של מצפה הניטרינו הממוקם בתחנת הקוטב הדרומי אמונדסן-סקוט של הקרן הלאומית האמריקאית למדע.
למעשה, ה- IceCubeמתעד התנגשויות של ניטרינו עם גרעיני האטומים במולקולות המים שמהם מורכב הקרח. מספר קטן של ניטרינו שיעברו דרך הקרח, בקרבת מצלמות ה- IceCube , יפגעו בגרעין אטום חמצן. הפגיעה תשחרר מיואון אשר ינוע באותו הכיוון בו נע הניטרינו. מיואון זה יפלוט שובל של זוהר כחול עקב קרינת צ'רנוקוב האמורה לעיל. הקרח הארקטי שקוף מאד, והאור הכחול יעבור בו מרחק של למעלה מ-100 מטרים. כל זוהר של מיואון יצולם על ידי מספר מצלמות, אשר יחשבו את כיוונו המקורי של הניטרינו.כל מצלמה נושאת שבב מחשב אשר מחבר אותה למחשבים שבתחנת הקוטב הדרומי. משם,הנתונים יעברו לצוות המחקר היושב בצפון אמריקה.