Connect with us

Znanost

Subatomske čestice mogle bi odgovoriti na temeljna geološka pitanja

Fizika

Subatomske čestice mogle bi odgovoriti na temeljna geološka pitanja

Međunarodni tim koji uključuje i znanstvenike sa Sveučilišta Princeton otkrio je subatomske čestice duboko u Zemljinoj unutrašnjosti.

c

Ovo bi otkriće moglo pomoći geolozima shvatiti kako reakcije koje se odvijaju u Zemljinoj unutrašnjosti utječu na površinske pojave poput potresa ili aktivnosti vulkana. Jednoga bi dana znanstvenici mogli predviđati geološke aktivnosti poput nedavne erupcije vulkana na Islandu, na temelju znanja o izvorima i toku topline u Zemlji.

Do ovog su otkrića došli znanstvenici okupljeni u tim pod nazivom Suradnja Borexino, na Gran Sasso nacionalnom laboratoriju koji radi pri talijanskom Institutu za nuklearnu fiziku. Rezultate su objavljeni u travanjskom izdanju znanstvenog magazina Physics Letters B. Rad se temelji na ranijim dokazima o postojanju tzv. “geaoneutrina” prikupljenim tijekom japanskog pokusa iz 2005. godine. “Ovo je važan rezultat”, ističe Frank Calaprice, profesor fizike na Sveučilištu Princeton te jedan od vodećih autora članka. “Dokazuje postojanje geoneutrina te postavlja čvrste temelje nove metode proučavanja Zemljine unutrašnjosti.”

Neutrini, inertne elementarne čestice bez naboja, kroz Zemljinu atmosferu prolaze kao dio kozmičkih zraka emitiranih sa Sunca. Geoneutrini zapravo su antineutrini, antimaterijski dvojnici neutrina. Geoneutrini nastaju radioaktivnim raspadom uranija, torija i kalija u Zemljinoj kori i omotaču (debelom sloju koji seže do cca. 3000 km u unutrašnjost Zemlje). U laboratorijima poput Laboratorija Gran Sasso, znanstvenici koriste instrumente koji se ponašaju kao geoneutrino “teleskopi” pomoću kojih promatraju unutrašnjost Zemlje na temelju detekcije tih zagonetnih čestica.Znanstvenici se nadaju kako će im geoneutrini pomoći u istraživanju tvari koje sačinjavaju Zemljinu unutrašnjost. “Ovdje se radi o uistinu važnom otkriću koje obećava velik napredak prema boljem razumijevanju načina na koji Zemlja funkcionira”, objašnjava Thomas Duffy, profesor geoznanosti na Sveučilištu Princeton koji nije sudjelovao u ovom istraživanju.

Geolozi bi željeli saznati više o načinu na koji radioaktivni elementi, poput uranija i torija, utječu na zagrijavanje Zemlje čija je posljedica konvekcija topline u Zemljinu omotaču. Radi se o sporom i postojanom toku vrućeg kamenja u unutrašnjosti pri čemu se toplina iz unutrašnjosti prenosi do površine. S druge strane, konvekcija je zaslužna za tektonska razmicanja te sva geološka zbivanja na površini: pomicanje kontinenata, širenje morskog dna, erupcije vulkana i potrese. Nitko zapravo ne zna koliko je radioaktivni raspad važan u procesu zagrijavanja Zemlje; igra li ključnu ulogu ili je tek jedan od mnogo faktora jednakih po važnosti.

Kako navodi Calaprice: “Izvor snage Zemljine unutrašnjosti jedno je od osnovnih pitanja za geologiju. Borexino eksperiment iznio je konačan dokaz o postojanju geoneutrina te na taj način potvrdio teoriju kako radioaktivnost uvelike utječe na zagrijavanje Zemlje. Štoviše, radioaktivnost bi mogla biti i ključan razlog.”Borexino eksperiment prvotno je bio namijenjen detekciji solarnih neutrina niske energije, a ne geoneutrina. “Tijekom postavljanja eksperimenta, shvatili smo kako nismo u mogućnosti detektirati čestice koje potječu iz radioaktivne unutrašnjosti Zemlje”, objašnjava Cristiano Galbiati, profesor asistent fizike te jedan od trinaest znanstvenika sa Sveučilišta Princeton koji su surađivali s još 75 znanstvenika na ovom projektu.

 

Projekt Borexino smješten je na otprilike 1.5 km ispod planine Gran Sasso, koja se nalazi na 100 km van Rima. Radi se o idealnom mjestu za proučavanje neutrina upravo zbog kamene barijere koja štiti detektor od ostalih tipova radijacije i čestica koje bi zagušile osjetljivi detektor. Većina Borexino eksperimenta svodi se na eliminaciju radijacije koja uzrokuje pozadinske smetnje.Neutrini su čestice koje je izuzetno teško detektirati zbog svoje sposobnosti neometanog prolaska kroz materiju. Tek u rijetkim slučajevima reagiraju s materijom. Detektor se sastoji od najlonske sfere koja sadrži 1 000 tona ugljikovodične tekućine. Čitav niz ultraosjetljivih fotodetektora usmjereni su prema sferi koja se nalazi unutar druge sfere načinjene od kirurškog čelika. Sve je to okruženo s 2 400 tona visoko pročišćene vode unutar treće, čelične sfere promjera 18 m.

Solarni neutrini u kontaktu s detektorom ostavljaju drugačiji signal od signala koji ostavljaju geoneutrini. Pošto geoneutrini udaraju u detektor čak tisuću puta rjeđe, zabilježeno je tek nekoliko udara godišnje. Članak opisuje rezultate prikupljene tijekom dvije godine, sve do prosinca 2009. godine. Eksperiment se nastavlja.Na važnost geoneutrina upozoravali su znanstvenici još 1960.-ih godina. Posebno je važno bilo istraživanje Lawrencea Kraussa, Sheldona Glashowa i Davida Schramma iz 1994. godine koje je postavilo temelje ovog područja. Kroz japansko-američku suradnju pod nazivom KamLAND, u japanskom je rudniku 2005. godine otkrivena povećana koncentracija “antineutrina” niske energije.

Znanstvenici mogu predvidjeti dan kada ćemo imati čitav niz ustanova za detekciju geoneutrina, razmještenih na strateške pozicije diljem svijeta. Na taj će se način moći dobiti detaljniji prikaz zbivanja u Zemljinoj unutrašnjosti kao i izvor topline. Ovi bi podaci mogli pomoći u pouzdanom predviđanju događaja poput erupcija vulkana i potresa.

Izvor: Princeton University

Nastavi čitati

Life is a sexually transmitted disease and there is a 100% mortality rate.

Ostavi komentar

Ostavi komentar

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

Više u Fizika

Popularno

Pratite nas na Fejsu

Na Vrh