Elemente din componența pământului ajută la detectarea neutrinilor antici

Observatorul Super-Kamiokande neutrino din Japonia a primit o actualizare relativ simplă, care ar trebui să îi permită să privească înapoi în timp. Un element de pământuri rare numit gadoliniu a fost descoperit în apa din imensul subteran. Ceea ce o va face mai sensibilă la neutrinii din supernovele mai îndepărtate și antice.

Neutrinii sunt particule elementare extrem de ușoare și interacționează rar cu materia obișnuită. Ca atare, de obicei zboară prin majoritatea lucrurilor fără obstacole. De fapt, miliarde îți curg prin corp în fiecare secundă. Dar, ocazional, vor lovi electronii din atomi și în circumstanțele corecte aceste coliziuni pot fi observate și studiate.

Și de acolo intră observatoare precum Super-K. Detectoarele de neutroni funcționează cel mai bine atunci când sunt îngropate adânc sub rocă sau gheață. Funcționează pentru a filtra alte radiații. Super-K este situat la 1 km (0,6 km) sub Muntele Ikeno din Japonia, unde a așteptat și a detectat neutrini din 1996.

Instrumentul activ al instalației este un rezervor imens care are o înălțime de 40 m (130 ft) înălțime. Este umplut cu aproximativ 50 milioane L (13 milioane gal) de apă ultra-pură și cu pereți căptușiți cu 13.000 de tuburi fotomultiplicatoare. Când un neutrino intră în rezervor și lovește o moleculă de apă, creează un mic fulger de lumină, pe care fotomultiplicatorii îl amplifică pentru a ajuta senzorii optici să ridice.

Acești neutrini au „amprente” diferite ale sclipirilor în funcție de originea lor, care pot include Soarele, explozii de supernove, experimente artificiale, reactoare nucleare sau de la descompunerea protonilor. Supernovele sunt deosebit de fascinante și, în timp ce Super-K poate detecta cele care apar în propria noastră galaxie, aceste evenimente nu se întâmplă foarte des. Extinderea căutării către alte galaxii poate crește numărul de neutrini prelevat, dar aceste semnale mai îndepărtate sunt mult mai slabe și nu ies în evidență de zgomotul de fundal foarte bine.

Prin urmare, noul upgrade este conceput pentru a ajuta la amplificarea semnalelor de neutrino din acele supernovee îndepărtate. În iulie aproximativ 13 tone de compus de gadoliniu au fost adăugate în apa din detector, creând o concentrație de gadoliniu de aproximativ 0,01 la sută. Unele interacțiuni neutrino produc neutroni, iar gadoliniu interacționează cu aceste particule pentru a produce un fulger cu raze gamma, pe care senzorii optici îl pot detecta cu ușurință. Este important să nu afecteze negativ detectările altor evenimente neutrinoase.

„Cu o concentrație de gadoliniu de 0,01 la sută, Super-Kamiokande ar trebui să detecteze neutronii din coliziunile cu neutrino cu o eficiență de 50%. Planificăm să creștem concentrația în câțiva ani pentru a crește eficiența. Sper să putem observa neutrinii din supernovele antice în câțiva ani. ” Spune Masayuki Nakahata, supraveghetor de proiect.

Echipa spune că această actualizare ar putea permite Super-K să detecteze neutrinii din supernovele care au apărut în urmă cu 10 miliarde de ani. Acest lucru ne-ar putea învăța mai multe despre fizica particulelor și istoria îndepărtată a universului.

Recomandări autor