Syd PolePhoto: Eli Duke (Flickr)
Forskere er nødt til at bruge nogle rundkørsel metoder til at veje Jorden og måle, hvad der er inde i det—og det er typisk, at de har brugt lydbølger og styrken af tyngdekraften at gøre deres beregninger. Men et team har vejet Jorden på en helt ny måde: ved at måle mystiske kosmiske partikler, der passerer gennem det.
Et hold spanske forskere, der anvendes neutrinoer, der passerer gennem Jorden til at måle planetens masse og massefylde. Det er super tidlige dage for denne metode, men en dag måske kan det blive et nyttigt værktøj for Jordens forskere. Og det nummer, de fik, var temmelig tæt på de tal, der beregnes ved den nuværende state-of-the-art metoder.
“Vores resultater viser, mulighederne i denne tilgang til at studere Jordens indre struktur, som er et supplement til traditionelle geofysik metoder,” skriver forfatterne i undersøgelsen, der offentliggøres i dag i Nature Physics.
Partikel fysik er studiet af partikler, der vekselvirker gennem styrker. Partiklerne du klare de fleste ofte er det protoner, neutroner og elektroner, der udgør atomer, der vekselvirker gennem tyngdekraften, elektromagnetismen, den stærke kernekraft (som binder de komponenter af atomkerner sammen), og den svage kernekraft (som også sker over de små længdeskalaer inde i atomets kerne, og er delvist ansvarlig for visse aspekter af radioaktivt henfald).
Neutrino er en af universets mest udbredte partikler (kun overgået af den foton, partikel, der gør op med lys). Men neutrinoer, der er vanskelige at opdage, fordi de interagerer kun med den svage kernekraft. Neutrinoer er konstant smækkende Jorden, der når frem til os fra Solen, såvel som fra det ydre rum. De er så svagt interagerende, at de detektorer, der er bygget til at studere dem ansigt ned mod Jorden, picking up neutrinoer, der har kørt gennem hele planeten.
I mellemtiden er der geophysicists i håb om at studere indersiden af Jorden, herunder adfærd af kernen og kappen, og jordens magnetfelter. Typisk, de gør det ved indirekte målinger, som at observere, hvordan lydbølger ændre, når de passerer gennem den planet, eller finde lokale ændringer i tyngdekraften.
Fysikerne bag den nye undersøgelse tænkte, jamen, vi allerede har disse neutrino detektorer og neutrinoer, der passerer gennem Jorden, så hvorfor gør vi ikke prøve at måle Jorden med neutrinoer?
Og det gjorde de. Forskerne brugte data fra en neutrino-observere teleskop på sydpolen kaldet Isterning, der registrerer neutrinoer, der skaber fotoner efter mødet med isen gennem den svage kraft. De målte antallet af neutrinoer pr vinkel, at de har ramt detektoren, hvor neutrinoer rejser direkte opad gennem detektoren vil passere gennem mere for Jorden end dem, der rammer i en vinkel. De sammenlignede denne data til antallet af neutrinoer de ville forvente, hvis Jorden ikke var under detektor.
Ved hjælp af disse data, de var i stand til at måle massen af Jorden, om end meget upræcist, og fik et nummer svarende til de i øjeblikket accepterede værdi fundet ved hjælp af tyngdekraften. De har også målt massen af kernen (deres antal var lidt større end den accepterede antal). De fandt også, at kernen er tungere end Jorden. Ja, vi allerede vidste dette, men det er sjovt at lære det igen ved hjælp af partikler, der passerer gennem Jorden fra rummet.
Forskerne er meget åben om, at det faktum, at de ikke arbejder med en masser af data—måske med 10 års observation fra Isterning og andre detektorer, der er under opførelse, som er den metode, der kunne blive nyttigt. En forsker, der ikke deltager i undersøgelsen, Véronique Van Elewyck fra Paris Diderot University, bemærkede, at i en Art kommentar, at forskerne stadig ikke ved, hvor mange neutrinoer ramte Jorden, og har brug for at lære mere om de optiske egenskaber for is for at sænke eksperiment ‘ s usikkerhed. Derudover, er der stadig en masse af eksperimentel usikkerhed omkring, hvordan neutrinoer vekselvirker med noget mere generelt, skrev hun.
Men med flere data og flere eksperimenter og måske et årti eller to ‘ s tid), neutrinoer virkelig kunne være en nyttig måde at måle den indvendige side af Jorden. Og ved hjælp af neutrinoer til at måle den indvendige side af Jorden er omtrent lige så sjovt som fysik får.
[Nature Physics]
Dele Denne Historie