Identyfikacja tego wysokoenergetycznego neutrina wymagała precyzyjnej kalibracji teleskopu i rekonstrukcji słabego światła Czerenkowa w celu wyznaczenia jego kierunku i energii. Ta niezwykła detekcja została osiągnięta przy użyciu zaledwie jednej dziesiątej finalnej konfiguracji detektora, co pokazuje ogromny potencjał eksperymentu KM3NeT w badania neutrin kosmicznych i astronomii neutrinowej.
Prof. Artur Ukleja z Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH, kierujący pracami zespołu, który dołączył w listopadzie 2024 r. do eksperymentu wyjaśnia: – Neutrin poszukuje się w bardzo wielu eksperymentach. Wszystkie pomiary mają charakter pośredni. Badanie neutrin i ich własności jest powszechnie uważane za poszukiwanie nowej fizyki, gdyż ich niezerowa masa nie pasuje do modelu standardowego. Jeśli znajdziemy niezgodności z modelem standardowym, to będzie to pośrednie wskazanie istnienia nieznanych nam dotąd zjawisk, tzw. nowej fizyki.
Naukowiec z AGH tłumaczy, że neutrina z odległych galaktyk docierają do Ziemi niezakłócone. Są one neutralne, nie maja ładunku elektrycznego, nie oddziałują z polami elektrycznymi i magnetycznymi. W związku z tym zarejestrowane na Ziemi wskazują dokładnie kierunek i obiekt, z którego pochodzą.
Innowacyjne metody detekcji neutrin powstają w AGH
– Neutrina bada się za pomocą aparatury umieszczonej głęboko pod powierzchnią ziemi – tam, gdzie jest bardzo ciemno – aby zarejestrować słabe światło promieniowania Czerenkowa – precyzuje prof. A. Ukleja – Bada się je pod lądem, w lądolodzie, w starych kopalniach, np. w Japonii. Do wyłapania neutrin musimy być możliwie jak najbardziej odseparowani od innych oddziaływań ziemskich – stąd takie lokalizacje.
Oprócz rejestracji neutrin przez sygnały świetlne zespół fizyków z AGH podjął się zadania opracowania innowacyjnej metody detekcji neutrin – przez ich sygnały dźwiękowe. Profesor wyjaśnia nowatorską metodę detekcji:
– Jeśli lecące niemal z szybkością światła neutrino oddziała z materią, np. wodą, lodem, to powstaną inne naładowane cząstki, które lecą dalej w tym samym kierunku i pomału wytracają swą energię. Ta energia podgrzewa medium, ale tylko w jej bliskiej okolicy. Powoduje to, że medium zaczyna pulsować, to znaczy wysyła sygnał dźwiękowy. Jeżeli uda nam się zarejestrować te sygnały dźwiękowe to możemy ich użyć do rekonstrukcji neutrina i wyznaczyć jego własności kinematyczne. Zespół z AGH opracowuje symulacje takich procesów, uwzględniając możliwe efekty tła. Przepływające statki generują różne sygnały dźwiękowe. Przepływające delfiny też wydają różne dźwięki. Mając takie symulacje, będziemy mogli zacząć opracowywać metodę oddzielenia słabych sygnałów neutrin od gwizdów, kliknięć i innych dźwięków. W tym celu używamy zaawansowanych technik sztucznej inteligencji. W ten sposób szukamy najbardziej efektywnej metody detekcji neutrin przez ich sygnały akustyczne.
Poszukiwanie neutrin by lepiej zrozumieć Wszechświat
Prof. Agnieszka Obłękowska-Mucha z Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH podkreśla wagę odkrycia dokonanego przez zespół naukowców zaangażowanych w eksperyment KM3NeT oraz wyjaśnia szerokie zastosowanie prowadzonych badań:
– Neutrina mówią nam o tym jaki jest nasz Wszechświat. Poszukiwanie neutrin może pomoc w udoskonalaniu, np. systemów ostrzegania przed trzęsieniami ziemi. W momencie odkrycia mechaniki kwantowej czy mechanizmów ciała stałego nikt nie przypuszczał, że podstawowym materiałem w elektronice będzie technologia krzemowa. Neutrina są bardzo ważnym składnikiem teorii, musimy je badać, żeby jeszcze lepiej weryfikować model standardowy. Jednocześnie pozwala nam to na ogromny rozwój detekcji cząstek i samych detektorów, które możemy praktycznie wykorzystać gdzie indziej. Np. w obszarze monitorowania reaktorów jądrowych, badań klimatycznych i środowiskowych, w medycynie do obrazowania procesów metabolicznych zachodzących w organizmie i badania chorób, bezpieczeństwa narodowego przez wykrywanie materiałów radioaktywnych czy też zapewnienia bezpieczeństwa na granicach państw, lotniskach i innych miejscach publicznych.
Ponadto, na co zwraca uwagę dr inż. Piotr Kalaczyński z Centrum Doskonałości Sztucznej Inteligencji AGH, do analizy takiej ilości sygnałów zarejestrowanych w detektorach konieczna jest wstępna filtracja danych, w tym wykorzystanie najnowocześniejszych narzędzi sztucznej inteligencji.
– Tym samym mamy wkład w rozwój także tej dyscypliny oraz kształcenie analityków big data pracujących w dużych firmach informatycznych – dodaje dr inż. Piotr Kalaczyński.
