Dünya, X-ışını veya MRI tarayıcısına sığmayacak kadar büyüktür. Bu yüzden İspanya’daki bir grup fizikçi Dünya’nın kütlesini ölçmek için yeni bir yol buldu: Gezegen boyunca sürekli olarak akan atom altı parçacıklar kullanıldı.
Ekip, nötrinoları (sıfır yüklü ve sıfır kütleli temel parçacık) kullanarak Dünya’nın iç kısmını taradı ve gezegenimizin kütlesinin tamamen yeni bir ölçümünü yapmak için kullandı.
Nötrinolar oldukça tuhaf ve küçük şeylerdir. Nötrinolar evrendeki en bol parçacıklardan biridir ve henüz tespit edilmesi çok zordur. Elektronlara benzerler, fakat elektriksel yükleri yoktur ve kütlesi neredeyse sıfırdır. Bu yüzden evrendeki ışık hızına yakın olarak normal madde ile çok az etkileşirler.
Milyarlarca nötrino şu anda vücudunuza çarpıyor. Bu nedenle nötrinolara “hayalet parçacıklar” diyoruz.
Tarihsel olarak nötrinoları tespit çabalarımız zayıf olsa da Antarktika’daki IceCube nötrino dedektörü tümüyle yeni bir nötrino anlayışı geliştirdi.
İspanya Valensiya Fizik Enstitüsü (IFIC) fizikçileri, yılda bir IceCube verisi kullanarak Dünya’nın en iç kısımlarını bile okuyabiliyor.
Ölçüm neredeyse bir X-ışını gibi çalıştı. Röntgen çekerken vücudunuzdan ışınlar gönderilir. Bu ışınlar çoğunlukla kas ve organlar gibi yumuşak dokulardan geçer. Bununla birlikte daha yoğun olan materyal, kemik gibi ışınları daha yüksek bir oranda emer. Böylece diğer taraftaki dedektöre daha az sayıda X-ışını çarpar ve iskeletin bir görüntüsü oluşturulur.
Bu çalışmada ise X-ışınları yerine atmosferdeki nötrinolar kullanıldı. Uzaydan gelen güçlü parçacıklar Dünya atmosferiyle çarpıştığında kısa süreli yağmur oluşur. Bunlar daha sonra Dünya üzerinde yoğunlaşır. Ancak içinden geçtikleri malzemenin atomik çekirdeği tarafından emilebilirler.
Materyal ne kadar yoğun olursa emilim oranı o kadar yüksek olur. Bu da araştırma ekibinin gezegenin yoğunluğuna dair bir araştırma yapmasına imkan sağladı.
IFIC fizikçisi Sergio Palomares-Ruiz: “Atmosferik nötrinoların kullanımı, geniş bir enerji yelpazesi ve yeterli hassasiyete sahip olarak bilinen bir akış ile her yönden nötrinoya sahip olmamızı sağlar.”
“Atmosferik nötrino akışının emilim miktarı, nötrino enerjisinin yanı sıra içeri giren malzemenin miktarına da bağlıdır. Böylece, farklı enerjideki nötrinolar için farklı yönlerdeki emilim miktarının değişimini inceleyerek Dünya’nın yoğunluğunun dağılımını belirleyebiliriz.”
Farklı açılar, burada büyük bir faktördür. Bazı nötrinolar, Dünya’nın çekirdeği boyunca tüm yol boyunca ilerlerken diğerleri çekirdeği tamamen saran eğik bir açıyla seyahat eder.
Hem yoğunlaştırma hem de açıyı analiz etmek için gezegenin yoğunluğunu çeşitli derinliklerde hesaplamaya yarayan araçlar geliştirildi.
Dünya’nın yoğunluğu, geleneksel olarak, depremlerin ürettiği sismik dalgaların yayılması ile tahmin edilir. Ancak sismik dalgalar iç çekirdeğe nüfuz edemez.
IFIC fizikçisi Andrea Donini: “Öte yandan nötrinolar, Dünya’nın bilinmeyen çekirdeği hakkında gezegenin manyetizmasının üretildiği yer hakkında değerli bilgiler sunuyor.” dedi.
Ekip, gezegenimiz hakkında yeni bir şey öğrenemedi. Dünya’nın iç mekanının yoğunluk haritası, gezegenin kütlesi ve hareketsizlik momentinin tamamı nötrino verileri kullanılarak hesaplandı. Bunların hepsi, diğer araçlardan alınan önceki ölçümlerden daha tutarlı ve ayrıntılıydı.
Ancak araştırmanın amacı, Dünya hakkında yeni bir şey öğrenmek değildi. Aslında amaç nötrinolardan öğrenebileceğimiz şeylerdi. Sonuç olarak alınan cevaplar gerçekten çok korkutucu.
Araştırmacılar makalelerinde: “Sonuçlarımız, Dünya’nın geleneksel jeofizik yöntemlerinin tamamlayıcı iç yapısını incelemek için bu yaklaşımın uygulanabilir olduğunu göstermektedir.” dedi.
Elimizdeki nötrino verileri hala nispeten az. Araştırmacılar, yaptıkları araştırmaların yeni IceCube verilerine ve daha fazla nötrinonun serbest bırakılmasını sağlayacağını umuyor.
https://www.nature.com/articles/s41567-018-0319-1
Çeviri: Tuğba Aydın