Gemmer sig på dybden af 1 km under bjerget, Ikeno, i en zink-minen Kamioka, 290 km Nord fra Tokyo (Japan) er det sted, som sin hule ville drømme af enhver superskurk fra nogle film eller fortælling om supercoach. Her er en “Super-Kamiokande” (eller “Super-K”) neutrino detektor. Neutrinoer er en subatomare fundamentale partikler, meget svagt vekselvirker med almindeligt stof. De er i stand til at trænge helt ind i alt og overalt. Observation af disse fundamentale partikler hjælper forskere med at finde den kollapsende stjerne og lære nye oplysninger om vores Univers. Business Insider talte med tre ansatte “Super-Kamiokande” og fandt ud af, hvordan det hele fungerer, og hvilke eksperimenter udført af forskere.
Nedsænket i den subatomare verden
Neutrinoer er meget vanskeligt at opdage. Så svært, at den berømte Amerikanske astrofysiker og videnskab popularizer Neil Degrasse Tyson, der engang blev kaldt “den mest flygtige bytte i rummet.”
“Sagen er ikke for neutrinoer ingen forhindringer. Disse subatomare partikler kan passere gennem et hundrede lysår metal og ikke engang farten ned,” sagde Degrasse Tyson.
Men hvorfor forskere forsøger at forstå?
“Når supernova opstår, stjernen kollapser i sig selv og bliver til et sort hul. Hvis denne begivenhed, der sker i vores galakse, neutrino detektorer som den samme “Super-K” er i stand til at fange, der udsendes i denne proces, neutrinoer. Sådanne detektorer er meget få i verden,” forklarer Yoshi Uchida, Imperial College London.
Før en stjerne kollapser, som det udsender i alle retninger af det ydre rum neutrinoer, og laboratoriet for sådan en “Super-Kamiokande” tjene i den rolle af systemer for tidlig varsling, der fortæller forskerne, hvor du kan se de sidste øjeblikke af livet for stjerner.
“Forenklede beregninger siger, at begivenhederne i en supernova-eksplosion i radius, inden for hvilket vores detektorer kan fange kun ske én gang i 30 år. Med andre ord, hvis du savner en, vil du nødt til at vente i gennemsnit et par årtier til den næste begivenhed,” siger Uchida.
Neutrino-detektor “Super-K” ikke bare registrerer, at neutrinoer, der falder på ham fra det ydre rum. Hertil kommer, at det er sendt neutrinoer med T2K eksperimentelle setup, som ligger i byen Tokaj, i den modsatte del af Japan. Sendt til neutrino stråle er at gå omkring 295 km, hvorefter det føres ind i detektorens “Super-Kamiokande”, som ligger i den Vestlige del af landet.
Observation af, hvordan neutrinoer ændre (eller svinger), når man bevæger sig gennem spørgsmål, kan fortælle forskerne mere om karakteren af Universet, for eksempel om forholdet mellem stof og antistof.
“Vores model “Big Bang” – tyder på, at stof og antistof blev skabt i lige proportioner,” — sagde i et interview med Business Insider, Morgan Vasko fra Imperial College London.
“Hovedparten af antistof for nogle eller anden grund er forsvundet. Almindeligt stof er meget mere end antistof.”
Forskerne mener, at undersøgelsen af neutrinoer kan være en af de måder, gennem hvilket svaret på denne gåde er endelig fundet.
Som en “Super-Kamiokande” fangster neutrinoer
Beliggende i en dybde af 1000 meter under jorden, “Super-Kamiokande” størrelsen af en 15-etagers bygning repræsenterer noget.
Ordningen af en neutrino detektor “Super-Kamiokande”
Et stort rustfrit stål tank i form af en cylinder fyldt med 50 tusinde tons, der er specielt renset vand. Der passerer gennem dette vand, neutrino bevæger sig med en hastighed hurtigere end lysets hastighed.
“Neutrinoer ind tanken producere lys-ordningen er den samme som Concorden havde brudt lydmuren,” siger Uchida.
“Hvis flyet bevæger sig meget hurtigt og bryder lydmuren, bag det skaber et meget stærkt stød bølge af lyd. Tilsvarende gælder, at en neutrino, der passerer gennem vandet og bevæger sig hurtigere end lysets hastighed skaber en lys, Shockwave,” forklarer forsker.
På vægge, loft og bunden af tanken er installeret en lidt mere end 11 000 særlige guld-farvede “pærer”. De kaldes photomultipliers er meget følsomme over for lys. De fanger lyset, disse chokbølger, der er genereret af neutrinoer.
Se photomultipliers så
Morgan Vasco beskriver dem som “tilbage-pærer”. Disse enheder er så følsom, at selv med en enkelt quantum of light er i stand til at generere en elektrisk impuls, som derefter behandles af en særlig elektronisk system.
Ikke drikke vand, dude
Så lyset fra chok bølger skabt af neutrinoer, der består af sensorer vandet i tanken skal være krystalklart. Så ren, at du ikke kan forestille dig. “Super-Kamiokande” det er en konstant proces af særlige multi-niveau rengøring. Forskere bestråles med ultraviolet lys til at dræbe alle mulige bakterier. I sidste ende, hun bliver sådan, at det skræmmer mig.
“Sorokina vand kan opløse noget. Sorokina vandet her er meget, meget ubehagelige ting. Det har egenskaber af syre og alkali,” siger Uchida.
“Selv en dråbe af dette vand kan bringe dig så meget ballade, at du aldrig har drømt om,” tilføjer Wasco.
Mennesker rejser med skib i reservoiret, “Super-Kamiokande”
Hvis du har brug for at foretage vedligeholdelse inde i tanken, for eksempel ved udskiftning af defekte sensorer, forskerne er nødt til at bruge en gummi båd (billedet ovenfor).
Når Matthew fry var en ph.d. – studerende ved University of Sheffield, at han og to andre studerende “heldig” at gøre det samme arbejde. Ved udgangen af den dag, når det er tid til at stige op beregnet til dette formål udelade gondol brød ned. Fysikere havde intet at gøre, hvordan man kan gå tilbage i båden, og vent, indtil den er blevet repareret.
“Jeg vidste ikke, hvornår hun blev liggende på ryggen i denne båd, og talte med de andre, som en lille del af mit hår, bogstaveligt talt ikke mere end tre inches i længden, rørte vandet,” siger Malek.
Mens de svømmede ind i rummet “Super-Kamiokande”, og forskere ovenpå var fastsættelse af den gondol, Malek intet at bekymre sig. Han var bekymret for i morgen tidlig den næste dag, indse, at der var noget forfærdeligt.
“Jeg vågnede op på 3 i morgen uudholdelig kløe på hovedet. Det var nok den mest forfærdelige kløe, jeg nogensinde har oplevet i mit liv. Værre end skoldkopper, som jeg havde i barndommen. Han var så forfærdeligt, at jeg kunne bare ikke falde i søvn,” fortsatte videnskabsmand.
Yngel indså, at den dråbe vand, der kom på spidsen af hans hår, “suget tørre” af dem alle næringsstoffer og deres mangel har nået sit kranium. Han hast løb hen til brusebad og brugt over en time på at prøve at genoprette mit hår.
En anden historie, der fortælles Vasco. Han havde hørt, at i år 2000, hvor vedligeholdelse personale er trukket fra tank vand og fundet på bunden af formen af en skruenøgle.
“Tilsyneladende denne nøgle er ved et uheld efterladt en af de ansatte, når de fyldes tanken med vand i 1995. Når vandet i 2000, fandt de, at nøglen er forsvundet”.
“Super-Kamiokande 2.0”
På trods af det faktum, at “Super-Kamiokande” er allerede et meget stort neutrino detektor, forskere har foreslået at skabe en stor installation, der kaldes “Hyper-Kamiokande”.
“Hvis vi får godkendelse til at bygge “Hyper-Kamiokande”, detektor-vil være klar omkring i 2026,” siger Vasco.
I henhold til det foreslåede koncept, detektor “Hyper-Kamiokande” er 20 gange mere “Super-Kamiokande”. Det er planlagt at bruge omkring 99 000 photomultipliers.
Hvordan kan neutrino detektorer: et eksempel på Japansk “Super-Kamiokande”
Nikolai Khizhnyak