Το NESTOR βλέπει μιόνια στο κατώτατο σημείο της θάλασσας

Από σελίδα του CERN, 5 Μαΐου 2003

Στις 29 Μαρτίου, το πρόγραμμα ανίχνευσης νετρίνων NESTOR επέκτεινε με επιτυχία το πρώτο "πάτωμα" για έναν πύργο ανιχνευτών στην περιοχή που βρίσκεται 4000 μ κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας στη Μεθώνη του Ιόνιου Πελάγους. Τα στοιχεία, συμπεριλαμβανομένων σημάτων πιθανώς από μιόνια, που κινούνται προς τα κάτω, διαβιβάζονται στο σταθμό στις ακτές της Μεθώνης μέσω ενός καλωδίου οπτικών ινών 30 km, που βρίσκεται στον πυθμένα της θάλασσας. Είναι η πρώτη φορά που συνεχή, σε πραγματικό χρόνο,  στοιχεία "φυσικής" έχουν ληφθεί από ένα τέτοιο βάθος, και αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς έναν ανιχνευτή νετρίνων μεγέθους ενός κυβικού χιλιομέτρου.

Το NESTOR (Neutrino Extended Submarine Telescope with Oceanographic Research), που είναι ένα υποβρύχιο τηλεσκόπιο νετρίνων, θα αποτελείται τελικά από έναν πύργο με 12 πατώματα διαμέτρου 32 m, που θα χωρίζονται κατά κάθετα διαστήματα 30 m. Κάθε πάτωμα έχει ανιχνευτές - φωτοπολλαπλασιαστές (PMT) διαμέτρου 12,38 cm  σε ζεύγη, που κοιτάζουν προς τα πάνω και προς τα κάτω, στα άκρα έξι βραχιόνων σχήματος αστέρα από τιτάνιο.

Τα PMT ανιχνεύουν το φως Cerenkov που ακτινοβολείται από τα μιόνια που παράγονται από τις αλληλεπιδράσεις των νετρίνων υψηλής ενέργειας κοντά στον ανιχνευτή. Τα ηλεκτρονικά και τα μηχανήματα ελέγχου στεγάζονται σε μια σφαίρα τιτανίου στο κέντρο του αστέρα. Με ένα συνολικό ύψος 410 m από τον πυθμένα της θάλασσας, καθένας πύργος θα έχει μια ενεργή περιοχή δράσης περίπου 20.000 m ² για τα νετρίνα των 10 TeV.

Η περιοχή επέκτασης στη Μεθώνη είναι ένα υποθαλάσσιο οροπέδιο 65 km ² μέσου βάθους 4000 m. Αυτή η βαθιά θάλασσα, βασική για την ύπαρξη ενός χαμηλού κοσμικού υποβάθρου μιονίων, είναι πάρα πολύ κοντά στις ακτές, μόνο 7.5 ναυτικά μίλια  από το νησί Σαπιέντζα και 11 ναυτικά μίλια από τη Μεθώνη. Το υποβρύχιο τηλεσκόπιο νετρίνων του NESTOR είναι μέρος του επιστημονικού προγράμματος του ιδρύματος του NESTOR, στην πόλη Πύλος στον κόλπο του Ναυαρίνου, 11 κm βόρεια της Μεθώνης.

Ψάχνοντας τα μυστικά του Σύμπαντος στο βυθό της Πύλου

Κάποτε, πριν 15 δισεκατομμύρια χρόνια, μια έκρηξη αδιανόητης ισχύος  --το Big Bang -- υπήρξε η αρχή της δημιουργίας του Σύμπαντος. Τότε δημιουργήθηκε και το νετρίνο, ένα μυστηριακό σωματίδιο φάντασμα, που κινείται με ταχύτητα σχεδόν την ταχύτητα του φωτός 300.000 km το δευτερόλεπτο και με μια σχεδόν μηδενική μάζα.

Κάθε στιγμή δισεκατομμύρια νετρίνα κυκλοφορούν ασταμάτητα, διασχίζουν τη Γη και συνεχίζουν ανενόχλητα το ιλιγγιώδες ταξίδι τους. Οι ενέργειες που μεταφέρουν, είναι σε θέση να δώσουν πολλές πληροφορίες για το παρελθόν αλλά και το μέλλον του Σύμπαντος λόγω της φύσεως αυτών των περίεργων σωματιδίων.  Όπως είναι προφανές, η ανίχνευση τους  απαιτεί την κατασκευή ενός νέου είδους "τηλεσκοπίου"  νετρίνων.

Στην Πύλο, βυθισμένο στα 4.000-5.000 m υπό την θάλασσα, φτιάχτηκε το πρώτο υποβρύχιο τηλεσκόπιο Νετρίνων, διάστασης 1Km³ . Αυτό είναι απαραίτητο για να απορροφήσει το νερό την ανεπιθύμητη κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, που επίσης αφθονεί στο Σύμπαν και που δυσκολεύει την ανίχνευση των νετρίνων.

Η ελπίδα είναι ότι κάποια από τα νετρίνα θα αντιδράσουν με το θαλάσσιο νερό, και η αντίδραση αυτή θα καταγραφεί από τις πειραματικές συσκευές.

Στο βυθό της θάλασσας τώρα θα φτιαχτούν δέκα τουλάχιστον, δωδεκαόροφοι "πύργοι" με συνολικό ύψος μεγαλύτερο από τον πύργο του ΄Αιφελ. Το δάπεδο του κάθε ορόφου έχει σχήμα εξαγώνου, με ευαίσθητους φωτοπολλαπλασιαστές στην κάθε του γωνία. Είναι αυτοί που θα ανιχνεύσουν τη φωτεινή λάμψη όταν το νετρίνο αλληλεπιδράσει με τα άτομα του νερού. Στο κέντρο του εξαγώνου μία σφαίρα από τιτάνιο θα περικλείει τα πολύπλοκα ηλεκτρονικά του πειράματος, που θα δέχονται τα σήματα των ανιχνευτών. Με ένα καλώδιο οπτικών ινών πρωτοποριακής τεχνολογίας τα σήματα θα μεταδίδονται στη στεριά.

Αυτά τα επιστημονικά και τεχνολογικά επιτεύγματα έγιναν στο πλαίσιο της επιστημονικής ομάδας του Εργαστηρίου Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών και των προγραμμάτων ΝΕΣΤΩΡ και ΛΑΕΡΤΗΣ που συνχρηματοδοτούνται απο την ΓΓΕΤ και την Ευρωπαϊκή Ένωση.  

Η σημασία της ανίχνευσης των  νετρίνων

Γνωρίζουμε πως η παραδοσιακή αστρονομία βασίζεται στην ακτινοβολία, ορατή και αόρατη. Δηλαδή στο φωτόνιο. Το μόνο όμως διαφορετικό σωματίδιο που είναι σε θέση να χρησιμοποιηθεί είναι το νετρίνο, διότι έτσι μπορούμε να δούμε πολύ μακριά στο Σύμπαν και βαθιά μέσα στα άστρα.

Στις εκρήξεις των supernova συγκεκριμένα παράγονται αμέτρητα νετρίνα, που προδίδουν την εκδήλωση των φαινομένων που ακολουθεί την έκρηξη. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα υπερσυμμετρικά σωματίδια συλλαμβάνονται από πολύ μεγάλα αστρικά σώματα. Επομένως, διερευνώντας, εάν, όντως, είναι πηγές νετρίνων, ελπίζουν ότι θα μπορέσουν να απαντήσουν κατά πόσον οι σχετικές θεωρίες είναι σωστές ή όχι.

Αυτό είναι δύσκολο να γίνει με επίγειους επιταχυντές. Επίσης, ελπίζουν να δώσουν απάντηση στο ερώτημα ποια είναι η πηγή των κοσμικών ακτίνων στο Σύμπαν. Στο ερώτημα αυτό δεν έχουν δοθεί ακόμη ικανοποιητικές εξηγήσεις.