Μηνύματα των νετρίνων από τα πέρατα του κόσμου

Από σελίδα του PhysicsWeb 21-Μαρτίου-2001

Οι αστροφυσικοί αναμένουν να πάρουν μια πιό καλή εικόνα του τι συνέβη, στους μακρυνούς κατακλυσμιαίους χρόνους, στις απαρχές δηλαδή αυτού του κόσμου. Και θα την πάρουν με τα μηνύματα που στέλνουν τα νετρίνα, που πέφτουν σαν την βροχή από τις άκρες του διαστήματος, μετά από την επιτυχή δοκιμή ενός νέου ανιχνευτή νετρίνων. Ο Francis Halzen του Πανεπιστημίου του Wisconsin στις ΗΠΑ, καθοδήγησε τη διεθνή ομάδα που ανέπτυξε την πειραματική συσκευή και η οποία είναι θαμμένη βαθειά στον Ανταρκτικό πάγο. Η πρωτότυπη συσκευή φτιάχνεται τώρα, για να συλλάβει τα νετρίνα φθάνοντας στη Γη από το βαθύ διάστημα (περιοδικό Nature, 2001 410 441).

Τα νετρίνα είναι θεμελιώδη σωματίδια με πολύ χαμηλή μάζα και κανένα ηλεκτρικό φορτίο. Μπορούν να ταξιδεψουν τεράστιες αποστάσεις στο μακρυνό Σύμπαν - μεταφέροντας πληροφορίες για τις πηγές τους - επειδή αλληλεπιδρούν ελάχιστα με την ύλη. Τα χαμηλής ενέργειας νετρίνα από τον ήλιο έχουν παρατηρηθεί ήδη σε μικρούς ανιχνευτές. Αλλά τα υψηλής ενέργειας νετρίνα από τις κοσμικές πηγές είναι εξαιρετικά δύσκολα να ανιχνευτούν, και αυτοί οι ανιχνευτές πρέπει να είναι πολύ μεγάλοι για να μπορέσουν να τα ανιχνεύσουν

Οι "Ανιχνευτές Νετρίνων και Μιονίων στην Ανταρκτική" - AMANDA - που είναι ένας κυλινδρικός όγκος από πάγο, βάθους 120 μέτρων και 500 μέτρων διάμετρο, θάβονται 1,5 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια. Καθώς τα νετρίνα ταξιδεύουν μέσω του πάγου συγκρούονται με τα νουκλεόνια  - πρωτόνια και νετρόνια - μέσα τον πάγο και τον περιβάλλοντα βράχο. Αυτές οι συγκρούσεις δημιουργούν μιόνια, τα βαρύτερα ξαδέλφια του ηλεκτρονίου, τα οποία εκπέμπουν ακτίνες φωτός μπλε και υπεριώδες καθώς ταξιδεύδουν μέσω του πάγου. Αυτό το φως είναι η "ακτινοβολία Cerenkov", η οποία εκπέμπεται από όλα τα φορτισμένα σωματίδια που ταξιδεύουν γρηγορότερα μέσα σε ένα μέσο από την ταχύτητα του φωτός,  σε εκείνο το μέσο.

Οι 302 φωτοπολλαπλασιαστές της AMANDA ανιχνεύουν την ακτινοβολία Cerenkov για να αποκαλύψουν την "πορεία αποσύνθεσης" του μιονίου, και στη συνέχεια, πληροφορίες για το νετρίνο και την πηγή του. Το πείραμα συνέλεξε ακριβέστερα στοιχεία σε 138 ημέρες, από τα υπάρχοντα πειράματα που είχαν συλλέξει κατά τη διάρκεια πολύ πιό μεγάλων περιόδων. "Δουλεύουμε ήδη σκληρά για να διερευνήσουμε τα στοιχεία για τα σημάδια οποιωνδήποτε αστροφυσικών φαινομένων - από τις εκρήξεις των ακτίνων-γάμμα  έως στην  σκοτεινή ύλη ή τα μαγνητικά μονόπολα", είπε ο Halzen.

Το πείραμα συλλαμβάνει με επιτυχία τα μιόνια, που δημιουργήθηκαν από νετρίνα υψηλής ενέργειας που ταξιδεύουν "προς τα πάνω" μέσω του πάγου, τα οποία πρέπει να περάσουν μέσω της Γης. Σε αυτό το πείραμα, φιλτράρουν (κόβουν) όμως τα μιόνια που δημιουργήθηκαν από τις αλληλεπιδράσεις των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα, όχι όμως αυτά που παρήχθησαν από τα νετρίνα  Τώρα που  η τεχνική αυτή έχει δοκιμασθεί, η ομάδα του Halzen προγραμματίζει να χτίσει έναν πολύ μεγαλύτερο ανιχνευτή για να πάρει περισσότερα νετρίνα από τα βάθη του Σύμπαντος. Το πείραμα "IceCube" θα αναπτύξει 4800 φωτοπολλαπλασιαστές ανά ένα τετραγωνικό χιλιόμετρο.

"Όποτε προωθείται ένα νέο όργανο για τη μελέτη του ουρανού, γίνονται απροσδόκητες ανακαλύψεις - και είναι βέβαια είναι πιό ενδιαφέρουσες από αυτές που αναμένονταν, λέει ο   Halzenι. "Ελπίζουμε πάρα πολύ να συνεχίσουμε αυτήν την τάση".

Ο κόσμος των νετρίνων

Νετρίνα που προέρχονται από το Διάστημα βομβαρδίζουν καθημερινώς τη Γη και διαπερνούν το σώμα μας κατά δισεκατομμύρια, χωρίς να μπορούμε να τα αντιληφθούμε. Και αυτό γιατί τα ενεργητικά αυτά σωματίδια είναι αόρατα, με σχεδόν καθόλου μάζα και χωρίς φορτίο, ενώ ο εντοπισμός τους στηρίζεται αποκλειστικά -μέχρι σήμερα- σε έμμεσο τρόπο, γεγονός που κατάφερε να κάνει το AMANDA.

Έως στις ημέρες μας, νετρίνα ανθρώπινης προέλευσης είχαν παραχθεί και ανιχνευτεί μόνο στο εσωτερικό ισχυρότατων πειραματικών διατάξεων ή επιταχυντών σωματιδίων. Επίσης, πολλές ερευνητικές ομάδες (αποκαλούμενες και «κυνηγοί» νετρίνων) εργάζονται εδώ και χρόνια για την ανίχνευση ενός νετρίνου φυσικής προέλευσης, κατασκευάζοντας όλο και περισσότερες «παγίδες» νετρίνων μέσα σε παλιά ορυχεία και υπόγειες σπηλιές γεμάτες με νερό.