Pod górą Ikeno w Japonii, w starej kopalni, która znajduje się tysiąc metrów (3300 stóp) pod powierzchnią, znajduje się Obserwatorium Super-Kamiokande (SKO). Od 1996 r., Kiedy to zaczął prowadzić obserwacje, naukowcy używają detektora Czerenkowa w tym obiekcie do poszukiwania oznak rozpadu protonów i neutrin w naszej galaktyce. Nie jest to łatwe zadanie, ponieważ neutrina są bardzo trudne do wykrycia.
Ale dzięki nowemu systemowi komputerowemu, który będzie w stanie monitorować neutrina w czasie rzeczywistym, naukowcy z SKO będą mogli bliżej zbadać te cząsteczki tajemnic w najbliższej przyszłości. Czyniąc to, mają nadzieję zrozumieć, w jaki sposób gwiazdy formują się i ostatecznie zapadają w czarne dziury, i odkryć, jak materia powstała we wczesnym wszechświecie.
Neutrina, mówiąc najprościej, są jedną z podstawowych cząstek, które tworzą Wszechświat. W porównaniu z innymi podstawowymi cząsteczkami mają bardzo małą masę, nie mają ładunku, i oddziałują tylko z innymi rodzajami cząstek poprzez słabą siłę jądrową i grawitację. Są one tworzone na wiele sposobów, w szczególności przez rozpad radioaktywny, reakcje jądrowe zasilające gwiazdę oraz w supernowych.
Zgodnie ze standardowym modelem Wielkiego Wybuchu neutrina pozostałe po stworzeniu Wszechświata są najliczniejszymi istniejącymi cząsteczkami. Uważa się, że w danym momencie tryliony tych cząstek poruszają się wokół nas i przez nas. Ale ze względu na sposób, w jaki oddziałują z materią (tj. Tylko słabo), niezwykle trudno je wykryć.
Z tego powodu obserwatoria neutrin są budowane głęboko pod ziemią, aby uniknąć interferencji promieni kosmicznych. Opierają się również na detektorach Czerenkowa, które są zasadniczo masywnymi zbiornikami na wodę, które mają tysiące czujników wyściełających ich ściany. Próbują one wykryć cząstki, które są spowalniane do lokalnej prędkości światła (tj. Prędkości światła w wodzie), co uwidacznia się w obecności blasku - znanego jako promieniowanie Czerenkowa.
Detektor w SKO jest obecnie największym na świecie. Składa się z cylindrycznego zbiornika ze stali nierdzewnej, który ma 41,4 m (136 stóp) wysokości i 39,3 m (129 stóp) średnicy i mieści ponad 45 000 ton metrycznych (50 000 ton USA) ultraczystej wody. We wnętrzu zamontowano 11 146 fotopowielaczy, które wykrywają światło w zakresie ultrafioletowym, widzialnym i bliskiej podczerwieni widma elektromagnetycznego z niezwykłą czułością.
Przez lata naukowcy z SKO korzystali z tego obiektu do badania neutrin słonecznych, neutrin atmosferycznych i neutrin wytworzonych przez człowieka. Jednak te, które są tworzone przez supernowe, są bardzo trudne do wykrycia, ponieważ wydają się nagle i trudne do odróżnienia od innych rodzajów. Jednak dzięki nowo dodanemu systemowi komputerowemu badacze Super Komiokande mają nadzieję, że to się zmieni.
Jak Luis Labarga, fizyk z Autonomous University of Madrid (Hiszpania) i członek współpracy, wyjaśnił w niedawnym oświadczeniu dla Scientific News Service (SINC):
„Eksplozje supernowej są jednym z najbardziej energetycznych zjawisk we wszechświecie i większość tej energii jest uwalniana w postaci neutrin. Właśnie dlatego wykrywanie i analiza neutrin emitowanych w tych przypadkach, innych niż ze Słońca lub innych źródeł, jest bardzo ważna dla zrozumienia mechanizmów powstawania gwiazd neutronowych - rodzaju pozostałości gwiazd - i czarnych dziur ”.
Zasadniczo nowy system komputerowy został zaprojektowany do analizy zdarzeń zarejestrowanych w głębinach obserwatorium w czasie rzeczywistym. Jeśli wykryje nienormalnie duże przepływy neutrin, szybko zaalarmuje ekspertów obsługujących kontrole. Następnie będą mogli ocenić znaczenie sygnału w ciągu kilku minut i sprawdzić, czy rzeczywiście pochodzi on z pobliskiej supernowej.
„Podczas eksplozji supernowych w bardzo małej przestrzeni czasu - kilka sekund - powstaje ogromna liczba neutrin i dlatego musimy być gotowi” - dodał Labarga. „To pozwala nam badać podstawowe właściwości tych fascynujących cząstek, takie jak ich interakcje, ich hierarchia i wartość bezwzględna ich masy, ich okres półtrwania, a na pewno inne właściwości, których nawet nie możemy sobie nawet wyobrazić.”
Równie ważny jest fakt, że ten system da SKO możliwość wczesnego ostrzegania ośrodków badawczych na całym świecie. Naziemne obserwatoria, w których astronomowie chcą obserwować tworzenie kosmicznych neutrin przez supernową, będą w stanie z wyprzedzeniem skierować wszystkie swoje instrumenty optyczne w kierunku źródła (ponieważ sygnał elektromagnetyczny zajmie więcej czasu).
Dzięki wspólnemu wysiłkowi astrofizycy mogą być w stanie lepiej zrozumieć niektóre z najbardziej nieuchwytnych neutrin ze wszystkich. Rozpoznanie, w jaki sposób te fundamentalne cząsteczki wchodzą w interakcje z innymi, może zbliżyć nas o krok do Grand Unified Theory - jednego z głównych celów Obserwatorium Super-Kamiokande.
Do chwili obecnej na świecie istnieje tylko kilka detektorów neutrin. Należą do nich detektor Irvine-Michigan-Brookhaven (IMB) w Ohio, Obserwatorium Subdury Neutrino (SNOLAB) w Ontario w Kanadzie oraz Obserwatorium Super Kamiokande w Japonii.
