За първи път физици измерват масата на планетата с помощта на неутрино, най-малките субатомни частици, които минават през цялата планета.
Изследователите използват частицитe, за да проучат как се променя плътността на планетата от кората до ядрото, съобщава ScienceAlert.
Учените определят масата и плътността на Земята по няколко начина. Например с помощта на барометър и два физически закона – втория закон на Нютон и закона за всемирното привличане. Използват се и сеизмичните вълни, които проникват в земното кълбо. Неутриното осигурява напълно независим тест за свойствата на планетата.
Изчисленията, направени с помощта на данните от неутринната обсерватория IceCube на Южния полюс, са в съответствие с традиционните измервания, според учени от Института по физика на частиците (Instituto de Física Corpuscular, Испания) в списание Nature Physics.
Сега масата на Земята е около 6x1024 килограма.
Неутриното са най-многобройните частици материя във Вселената, те са навсякъде около нас - 60 милиарда слънчево неутрино пронизват тялото ни всяка секунда, но защото толкова рядко взаимодействат, не можем да ги усетим и е почти невъзможно да се уловят. Освен това дори оловната преграда не може да спре тези частици-призраци.
За да измерят масата на Земята, испанските физици проучват високоенергийните неутрино, получени, когато протони и други енергийни частици от космоса „се удрят” в земната атмосфера. Тези неутрино могат да преминат през цялата Земя - точно както рентгеновите лъчи могат да сканират човешкото тяло. Те преминават през меки тъкани като мускули и органи, но по-плътният материал, например костите, поглъщат лъчите, така че по-малко рентгенови лъчи достигат детектора от другата страна, което създава изображение на скелета.
Вместо рентгенови лъчи екипът използва атмосферните неутрино, които могат да бъдат абсорбирани от атомните ядра на материала, през който минават. Колкото по-плътен е материалът, толкова по-висока е скоростта на абсорбция, което позволява на екипа да направи изследване на плътността на планетата. Частиците неутрино, уловени от IceCube, детекторът на Южния полюс, идват от различни посоки и под различни ъгли.
Различните ъгли тук са голям фактор. Някои неутрини са пътували през ядрото на Земята, докато други са пътували под наклонен ъгъл, който напълно пропускаше ядрото.
Анализирането както на концентрацията, така и на ъгъла даде екипа инструментите за изчисляване на плътността на планетата на различни дълбочини.
"Използването на атмосферни неутрино ни позволява да имаме неутрино, идващо от всички посоки, с широка гама енергия и известен поток с достатъчна точност", обяснява физикът на IFIC Серхио Паломарес-Руиз (Sergio Palomares-Ruiz).
Различните ъгли тук са голям фактор. Някои неутрино идват от противоположната страна на планетата, от Северния полюс, преминават през кора, мантия и ядро, преди да достигнат Южния полюс, а има и частици, които "се плъзгат" под ъгъл, преминавайки само през кората. Измервайки колко неутрино пристигат от различни точки, екипът физици определят плътността на различните части на Земята и общата маса на планетата.
(Donini et al./Nature Physics)
Картата за плътността на вътрешността на Земята, масата на планетата и инерционният й момент бяха изчислени с помощта на данните от неутриното и всички се оказаха съвместими с предишните измервания, направени с други методи.
Но целта на изследването не бе да се научи нещо ново за Земята, а да разберем дали може да се използва неутриното, за да научим нещо ново. И на тази гледна точка резултатите наистина са страхотни.
"Нашите резултати демонстрират осъществимостта на този подход за проучване на вътрешната структура на Земята, който допълва традиционните геофизични методи", пишат изследователите в своята статия.
Science News ни насочва към друга страна от значението на работата на испанските физици:
"Един ден новият метод ще може да помогне на учените да определят дали цялата маса на Земята се състои от обикновена материя. Може би част от масата е заета от това, което неутриното избягва - например тъмната материя, мистериозното вещество, което според учените трябва да съществува, за да се отчете липсващата маса, наблюдавана при измерванията на други галактики".
Обсерваторията за неутрино IceCube заема 1 кубичен километръ в леда на Антакртика, изпълнен с датчици. Макар неутрино да не взаимодейства с материята, сблъсъка му с водородни атоми предизвиква осцилации, именно тех регистират датчиците. Вижте във видеото
