สล็อตแตกง่ายดาราศาสตร์ฟิสิกส์: ไล่ผีในแอนตาร์กติกา

Alexandra Witze ยินดีต้อนรับประวัติศาสตร์ของ

 IceCube ซึ่งเป็นหอดูดาวนิวตริโนที่มีความทะเยอทะยาน

กล้องโทรทรรศน์ในน้ำแข็ง: ประดิษฐ์ดาราศาสตร์ใหม่ที่ขั้วโลกใต้

Mark Bowen เซนต์มาร์ติน: 2017. 978-1137280084

มาร์ค โบเวน นักฟิสิกส์ที่ผันตัวสล็อตแตกง่ายมาเป็นนักเขียน ตั้งเป้าหมายให้สูงใน The Telescope in the Ice ซึ่งเป็นประวัติศาสตร์ของเครื่องตรวจจับที่ฝังอยู่ในน้ำแข็งแอนตาร์กติกตั้งแต่ปี 1990 หอดูดาว IceCube ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำสิ่งใกล้จะเป็นไปไม่ได้: ติดตามนิวตริโน อนุภาคเล็ก ๆ เหล่านี้หวือหวาไปทั่วจักรวาลด้วยจำนวนมหาศาลที่ส่ายไปมาในขณะที่แทบไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสสาร หลายพันล้านกำลังผ่านร่างกายของคุณในขณะนี้

ห้องปฏิบัติการ IceCube ที่สถานี Amundsen–Scott South Pole เครดิต: Felipe pedreros, icecube/NSF

IceCube และรุ่นก่อน Antarctic Muon และ Neutrino Detector Array (AMANDA) เป็นความร่วมมือระดับนานาชาติที่นำโดย University of Wisconsin–Madison (UW–Madison) และตั้งอยู่ที่สถานี Amundsen–Scott South Pole เครื่องตรวจจับของพวกเขา อาร์เรย์ของโมดูลออปติคัลบนสาย ถูกจมลงในแผ่นน้ำแข็ง กลุ่ม AMANDA รวมตัวกันที่การประชุมรังสีคอสมิกในปี 1990 ภายในปี 1994 ได้ติดตั้ง 4 สาย; ในปี 2000 ซึ่งเพิ่มขึ้นเป็น 19 ราย IceCube ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 2548 เริ่มเพิ่มมากขึ้น เมื่อการก่อสร้างเสร็จสิ้นใน 6 ปีต่อมา ผู้สนับสนุนรวมถึงฟรานซิส ฮาลเซน ผู้ตรวจสอบหลักก็ผลักดัน มีสาย 86 เส้นที่ร้อยเรียงไว้ตลอดทั้งลูกบาศก์กิโลเมตร

Bowen ถูกฝังอยู่ในโครงการนี้ตั้งแต่ปี 1998 ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา เขาสามารถเข้าถึงการประชุมทีมและข้อมูลวงในอื่นๆ ได้มากเท่ากับที่ Harry Collins นักสังคมวิทยาร่วมกับนักวิจัยในการค้นหาคลื่นความโน้มถ่วงที่ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO; ดูธรรมชาติ) 542, 28–29; 2017). หอดูดาวทั้งสองแห่งใช้เครื่องจักรราคาแพงและท้าทายทางเทคโนโลยีเพื่อตอบคำถามฟิสิกส์ที่ลึกซึ้ง ในขณะที่คอลลินส์หมุนเรื่องความขยันหมั่นเพียรและเป็นเรื่องที่ห่างไกลทางสังคมวิทยา Bowen ก็กลายเป็นผู้สนับสนุนมากขึ้น

Telescope in the Ice เริ่มต้นด้วยประวัติศาสตร์อันรวดเร็วของนิวตริโน ในปี ค.ศ. 1930 นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี โวล์ฟกัง เพาลีได้เสนอแนวคิดเรื่องอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าและแทบไม่มีมวลซึ่งปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี β ในปี 1956 นักฟิสิกส์ Clyde Cowan และ Frederick Reines รายงานว่าการวัดนิวตริโนประมาณสามนิวตริโนต่อชั่วโมงที่มาจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในเซาท์แคโรไลนา Bowen วาดภาพสิ่งเหล่านี้และการค้นพบอื่นๆ ในขณะที่สังเกตนิสัยใจคอส่วนตัวของนักวิทยาศาสตร์บางอย่าง เช่น แนวโน้มที่จะปาร์ตี้ของ Pauli และความก้าวร้าวของ Reines ในการอ้างสิทธิ์ในการอ้างสิทธิ์

ในปี 1960 นักฟิสิกส์รวมถึง Moisei Markov 

และ Kenneth Greisen เริ่มฝันถึงวิธีการจับอนุภาคที่หายวับไป ผลงานของมาร์คอฟคือแบบจำลองพลัมพุดดิ้ง ซึ่งเครื่องตรวจจับจะฝังอยู่ในกริด 3 มิติ เมื่อนิวตริโนทำปฏิกิริยากับวัสดุรอบข้าง มันจะสร้างอนุภาคอีกชนิดหนึ่ง เรียกว่า มิวออน มิวออนวิ่งไปในทิศทางทั่วไปที่นิวตริโนเคลื่อนตัวไป ทำให้เกิดรังสีสีฟ้าซีด นักฟิสิกส์หวังว่าจะสร้างเส้นทางและพลังงานของนิวตริโนขึ้นใหม่โดยการจับภาพและวิเคราะห์ร่องรอยของแสงสีน้ำเงิน อย่างไรก็ตาม เครื่องตรวจจับต้องมีเกราะป้องกันจำนวนมหาศาลเพื่อคัดกรองผลกระทบที่รบกวนจิตใจของรังสีคอสมิก หอดูดาวบางแห่งถูกฝังลึกลงไปในหิน สำหรับทีมที่จะสร้าง AMANDA และ IceCube การคัดกรองนั้นหมายถึงน้ำแข็งแอนตาร์กติก

การมีส่วนร่วมของ Bowen เริ่มต้นขึ้นในปี 1997 เมื่อเขาพบกับ Bruce Koci นักเจาะน้ำแข็ง ขณะรายงานเกี่ยวกับความพยายามที่จะได้มาซึ่งแกนน้ำแข็งจากธารน้ำแข็งบนภูเขา ในช่วงนอกฤดูท่องเที่ยว Koci ทำงานให้กับ AMANDA โดยแยกย้ายกันไปที่ขั้วโลกใต้เพื่อเจาะและละลายหลุมเจาะยาวซึ่งจำเป็นสำหรับการนำสายที่รับภาระจากเครื่องตรวจจับ ซึ่งเป็นลูกพลัมในพุดดิ้ง Koci ต้องคิดค้นวิธีการใหม่ในการแก้ปัญหา เช่น วิธีทำให้ถังเก็บน้ำร้อนขนาดใหญ่ร้อน และรักษาระดับน้ำไว้ ในฤดูกาลแรก 2534-2535 ทีมแพ้การฝึกซ้อม นอกจากนี้ยังเห็นได้ชัดว่ามีฟองอากาศในน้ำแข็งมากกว่าที่คาดไว้ ซึ่งขัดขวางความสามารถของเครื่องตรวจจับในการจับแสงจาง ๆ จากมิวออนที่เดินทาง นั่นหมายถึงการไปลึกลงไปในน้ำแข็ง — และการกำเนิดของ IceCube เครื่องตรวจจับของมันเริ่มต้นประมาณ 1.5 กิโลเมตรใต้พื้นผิวสล็อตแตกง่าย