UNIVERSUM SKINER AV NEUTRINER – RICKARD DISPUTERAR

Fredagen den 18 december försvarade Professor Magentas Rickard Ström sin doktorsavhandling ”Exploring the Universe Using Neutrinos” vid Uppsala universitet. Professor Magentas Katarina Bendtz var där och försökte hänga med i svängarna.

Rickards forskning bygger på den mycket speciella elementarpartikeln neutrinon. Den förenar två intressanta egenskaper, att röra sig mycket fort (på grund av sin exceptionellt låga massa) och interagera väldigt sällan. Dessa två egenskaper gör neutriner till unika budbärare av information från rymden, långt bort i tid och rum. Fotonen (elektromagnetisk strålning) färdas också oerhört snabbt men kommer sällan fram till jorden utan att ha interagerat på vägen, och risken finns att information förloras eller fördröjs. Neutriner skapas vid många intressanta och extrema händelser i Universum, som t ex vid bildandet av en supernova eller kollisioner mellan svarta hål. Att de interagerar sällan gör det dock väldigt komplicerat att detektera dessa s k astrofysikaliska neutriner. För att få en bild av hur svårt det är använde sig Rickards opponent Professor Lawrence R. Sulak av följande liknelse:

– En miljon neutriner åker genom din tumnagel varje sekund, men endast en kommer att interagera med materian i din kropp under hela ditt liv.

Den uppenbart svåra uppgiften att mäta neutrinoflödet från olika delar av universum är IceCube-detektorns huvuduppgift. Med sin enorma utsträckning, 1 x 1 x 1 km, är den världens största detektor. IceCube består av över 5000 optiska sensorer och är helt nedsänkt i klar glaciäris på den geografiska sydpolen. De optiska sensorerna mäter Tjerenkovljus som sänds ut då laddade partiklar färdas genom detektorn. IceCube-experimentet täcker flera aktuella frågeställningar inom moderna fysik. Exempel är frågan om den kosmiska strålningens ursprung samt gåtan om den mörka materian.

De flesta analyser som utförs med data från IceCube använder sig av jorden som filter för att rensa bort myoner från atmosfären. Dessa myoner bildas när laddade partiklar från rymden interagerar partiklar i jordens atmosfär. Även om de i princip också är intressanta att mäta, måste de skiljas från de myoner som bildas vid neutrinernas interaktion med detektorn för att forskarna ska kunna mäta det faktiska neutrinflödet, som är flera miljoner gånger svagare. Detta betyder att de flesta analyser bara tittar på neutriner från den norra hemisfären. Rickard däremot, har utvecklat en metod för att undersöka södra hemisfären med IceCube! Södra hemisfären är särskilt intressant då Vintergatans centrum är beläget här. Neutrinofysikerna tror nämligen att det kan vara den starkaste källan av neutriner i vår ”närhet”. Rickards forskning har resulterat i ett flertal avancerade metoder, bl a boosted decision trees som analyserat de 14 mest intressanta variablerna som kan skilja mellan bakgrund och signalen av s k astrofysikaliska neutriner. Flera av metoderna bygger på att de atmosfäriska myonerna kan ge utslag i IceCubes yttre detektorlager, vilket inte sker för astrofysikaliska neutriner som vi har en möjlighet att mäta. De yttre detektorlagren kan därför användas som ett slags veto!

Läs hela avhandlingen här! Innan den går in på avancerad forskning ger den både en teoretisk och experimentell översikt över forskningsområdet astropartikelfysik samt av IceCube-detektorn.

IceCube-forskare på Amundsen-Scott South Pole Station. Rickard syns till vänster med en svenska flagga i handen.