Ξεκίνησε ο νέος ανιχνευτής νετρίνων

Από το in.gr, το BBC 23-6-2000 και σελίδα του ΕΜΠ

Ο νέος ανιχνευτής των νετρίνων που βρίσκεται κάτω από το έδαφος, με το όνομα Sudbury Neutrino Observatory (SNO), αναζητεί τα "μυστηριώδη" σωματίδια νετρίνα που προέρχονται από τον Ηλιο, ξεκίνησε πρόσφατα τη λειτουργία του για να δώσει απάντηση σε μερικά από τα πιο σημαντικά ερωτήματα που απασχολούν τους φυσικούς επιστήμονες.

Ο SNO είναι ένας βαρέως ύδατος ανιχνευτής ακτινοβολίας Cherenkov. Χρησιμοποιεί 1000 τόννους βαρέως ύδατος, που περιέχεται σε ένα ακρυλικό δοχείο διαμέτρου 12 m. Τα νετρίνα αντιδρούν με το βαρύ ύδωρ και έτσι παράγονται φωτεινές λάμψεις (ακτινοβολία Cherenkov). Στο δοχείο υπάρχουν 10.000 φωτοδίοδοι προκειμένου να ανιχνεύσουν αυτές τις λάμψεις φωτός που εκπέμπουν τα φορτισμένα σωματίδια, τα οποία παράγονται από τις αλληλεπιδράσεις των νετρίνων με το νερό.

Εικόνα που πάρθηκε στο SNO   Στην εικόνα αυτή οι λευκές γραμμές δείχνουν πως οι 10.000 φωτοπολλαπλασιαστές (PMT) φτιάχνουν μιά σφαίρα. Το φως εκπέμπεται κωνικά γύρω από την διαδρομή του σωματιδίου κι έτσι δημιουργεί ένα κυκλικό ίχνος καθώς πέφτει στα τοιχώματα του ανιχνευτή.
Τα έγχρωμα εξάγωνα αποκαλύπτουν τις ΡΜΤ που έχουν δεχτεί φως σε αυτό το γεγονός. Στη ροζ περιοχή είχαμε τη παραγωγή μιονίων από την αλληλεπίδραση νετρίνο και ανιχνευτή. Το δεύτερο δαχτυλίδι σχηματίστηκε πιθανά από ένα σωματίδιο (π-μεσόνιο) το οποίο δημιοργήθηκε όταν ένα κουάρκ (ενός πρωτονίου ή νετρονίου κάποιου πυρήνα βαρέως ύδατος) κτυπήθηκε από το νετρίνο και εκσφενδονίστηκε.

Τα νετρίνα είναι σωματίδια τα οποία δημιουργούνται στις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στον Ηλιο, όταν το υδρογόνο συντήκεται σχηματίζοντας το ευγενές αέριο ήλιο.

Προηγούμενες παρατηρήσεις μπόρεσαν να εντοπίσουν μόνο το ένα τρίτο των νετρίνων, τα οποία -σύμφωνα με τη θεωρία- θα έπρεπε να φτάνουν στη Γη από τον Ηλιο. Ο ανιχνευτής SNO θα αναζητήσει ακριβώς τα νετρίνα αυτά που "λείπουν".

Ο ανιχνευτής βρίσκεται δύο χιλιόμετρα κάτω από το έδαφος στο ορυχείο Κράιτον κοντά στο Οντάριο του Καναδά. Η τοποθέτηση του ανιχνευτή κάτω από το έδαφος έχει μεγάλη σημασία, επειδή έτσι μειώνεται η πιθανότητα να επηρεάζονται οι παρατηρήσεις από άλλα σωματίδια. Αλλά, ακόμα και με αυτόν τον τρόπο, ο SNO θα μπορέσει να ανιχνεύσει μόνο ελάχιστα από τα πολυάριθμα νετρίνα που περνούν μέσα από τη Γη. Αυτό οφείλεται στο ότι τα νετρίνα αλληλεπιδρούν ελάχιστα με άλλα σωματίδια.

Το πείραμα έχει μεγάλη σημασία και από την άποψη ότι η μελέτη των νετρίνων παρέχει γενικότερες πληροφορίες για όσα συμβαίνουν στα άστρα. Οι επιστήμονες δεν αποκλείουν την πιθανότητα οι θεωρίες μας για τις χημικές αντιδράσεις στον Ηλιο να είναι λανθασμένες, όπως μετέδωσε το BBC την 22/6/2000.

Μία άλλη θεωρία, πάντως, υποστηρίζει ότι ο μειωμένος αριθμός των νετρίνων που παρατηρούνται στη Γη εξηγείται από το γεγονός ότι τα σωματίδια αυτά στην πορεία τους από τον Ηλιο στη Γη μετασχηματίζονται σε άλλο είδος σωματιδίων. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι υπάρχουν τρεις τύποι νετρίνων και ότι τα νετρίνα μπορεί να μεταβάλλονται από τον ένα τύπο στον άλλο. Ο ανιχνευτής SNO θα είναι ο πρώτος που θα μπορέσει να παρατηρήσει και τους τρεις τύπους αυτού του σωματιδίου.

Ενα άλλο ερώτημα, στην απάντηση του οποίου πιστεύεται ότι θα συνεισφέρει ο ανιχνευτής, αφορά στο εάν το νετρίνο έχει έστω και κάποια ελάχιστη μάζα. Πρόσφατες παρατηρήσεις από άλλα πειράματα έχουν δώσει ως πρώτες ενδείξεις ότι το νετρίνο πρέπει να έχει μάζα. Συγκεκριμένα, έχει παρατηρηθεί στον ανιχνευτή Kamionkade της Ιαπωνίας μεταβολή νετρίνων από έναν τύπο σε έναν άλλο και αυτό είναι δυνατόν μόνο εάν το νετρίνο έχει μάζα.

Το ζήτημα της μάζας των νετρίνων έχει συνέπειες και σε συμπαντική κλίμακα. Εάν το νετρίνο έχει μάζα, θα μπορούσε να εξηγήσει ένα μέρος της λεγόμενης σκοτεινής ύλης, την ύπαρξη της οποίας οι επιστήμονες δέχονται λόγω των βαρυτικών επιδράσεών της, αλλά δεν μπορούν να την παρατηρήσουν οπτικά. Δίχως μάζα, τα νετρίνα δεν θα μπορούσαν να αλλάξουν από το ένα τύπο στο άλλο. Οι Φυσικοί λένε ότι επειδή τα νετρίνα είναι το δεύτερο πιό διαδεδομένο σωματίδιο στην Φύση (μετά το φωτόνιο το "σωματίδιο" του φωτός), η έρευνα της μάζας τους έχει κοσμολογική σπουδαιότητα.

Με την άφιξη μεγάλων ποσοτήτων από νετρίνα, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να ειδοποιηθούν έγκαιρα (μέχρι 2 ώρες νωρίτερα) για την έκρηξη ενός supernova στον γαλαξία μας (supernova: μεγάλο αστέρι που φτάνει στο τέλος της ζωής του, με μιά καταστροφική κατάρευση).

Ο καθηγητής Art McDonald, διευθυντής του ερευνητικού προγράμματος στον ανιχνευτή SNO, δήλωσε ότι ελπίζει σύντομα στο μέλλον θα ανακοινωθούν τα πρώτα αποτελέσματα των πειραμάτων.

Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Τα νετρίνο θα αλλάξουν το καθιερωμένο πρότυπο της Φυσικής
Ενδιαφέρουσες ιστοσελίδες
Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory Η σελίδα του ανιχνευτή στο Berkley
Sudbury Neutrino ObservatoryΗ σελίδα του ανιχνευτή στο Sudbury (Ontario)
Εκλαϊκευμένο υλικό Φυσικής Υψηλών Ενεργειών Σελίδα του τομέα Φυσικής του ΕΜΠ για τα στοιχειώδη σωμάτια
Home