Wie funktionieren die Detektoren Neutrinos: das Beispiel der japanischen «Super-Камиоканде»

Versteckt in einer Tiefe von 1 km unter dem Berg Икено, in Zink-Mine Камиока, 290 km nördlich von Tokio (Japan) befindet sich die Stätte, die als eine Höhle geträumt hätte jeder Superschurke aus irgendeinem Film oder einer Geschichte über die супергоях. Hier befindet sich «Super-Камиоканде» (oder «Super-K») — Neutrino-Detektor. Neutrinos sind eine grundlegende subatomaren Teilchen, die sehr schwach Interaktion mit gewöhnlicher Materie. Sie sind fähig, um absolut alles und überall. Beobachtung diesen fundamentalen Teilchen hilft den Wissenschaftlern finden коллапсирующие Sterne, und lernen Sie neue Informationen über unser Universum. Die Ausgabe von Business Insider пообщалось mit drei Mitarbeitern der Station «Super-Камиоканде» und fand wie hier alles funktioniert und welche Experimente hier verbringen die Wissenschaftler.

Eintauchen in genehmigten Welt

Neutrinos sehr schwer zu erkennen. So schwer, dass der berühmte US-amerikanischer Astrophysiker und Wissenschaft popularizer Neal Деграсс Tyson nannte Sie einmal «die schwer fassbaren Beute im Weltraum».

«die Materie ist für die Neutrinos kein Hindernis. Diese subatomaren Teilchen sind in der Lage, durch die Hunderte von Lichtjahren Metall und auch nicht langsam», — sagte Деграсс Tyson.

Aber warum Wissenschaftler überhaupt versuchen, Sie zu fangen?

«Wann kommt der Ausbruch der Supernova, der Stern kollabiert in sich selbst und verwandelt sich in ein Schwarzes Loch. Wenn dieses Ereignis geschieht in unserer Galaxie, Detektoren Neutrinos wie die gleiche «Super-K» sind in der Lage, abzufangen geschleuderten im Rahmen dieses Prozesses Neutrinos. Solche Detektoren sehr wenig in der Welt», — erklärt Yoshi Uchida vom Imperial College London.

Bevor der Stern kollabiert, es wirft in alle Richtungen des Weltraums Neutrinos und Labor solche «Super-Камиоканде» dienen in der Rolle von Frühwarnsystemen, die Wissenschaftler sagen in welche Richtung schauen, um zu sehen die letzten Momente des Lebens von Sternen.

«Vereinfachte Berechnungen sagen, dass die Ereignisse der Explosion einer Supernova in einem Radius, in dem unsere Detektoren können Sie fangen, treten nur einmal in 30 Jahren. Mit anderen Worten, wenn Sie eine verpassen, müssen Sie warten im Durchschnitt noch mehrere Jahrzehnte bis zum nächsten Event», — sagt Uchida.

Detektor Neutrinos «Super-K» fängt nicht nur Neutrinos, die er direkt aus dem Kosmos. Darüber hinaus, auf ihn übertragen Neutrinos mit Versuchsaufbau T2K, die sich in der Stadt Tokaj, dass im gegenüberliegenden Teil von Japan. E-Mail Strahl Neutrinos zurücklegen muss, um etwa 295 Kilometer, dann fällt er in den Detektor «Super-Камиоканде», gelegen im westlichen Teil des Landes.

Zuschauen, wie Neutrinos ändern (oder осциллируют) bei der Fahrt durch die Materie, sagen die Wissenschaftler mehr über die Natur des Universums, zum Beispiel über die Beziehung zwischen Materie und антиматерией.

«Unsere Modelle «Big Bang Theory» sagt uns, dass Materie und Antimaterie mussten erstellt werden zu gleichen teilen», — sagte in einem Interview mit Business Insider Morgan Vasco vom Imperial College London.

«Aber der größte Teil der Antimaterie aus irgendwelchen oder aus irgendeinem Grund verschwunden. Normaler Materie deutlich mehr als Antimaterie».

Wissenschaftler glauben, dass das Studium der Neutrinos kann einer der Wege, durch die Antwort auf dieses Rätsel wird endlich gefunden.

Als «Super-Камиоканде» fängt Neutrinos

Das Hotel Liegt in einer Tiefe von 1000 Metern unter der Erde, «Super-Камиоканде» in der Größe von 15-stöckiges Gebäude ist so etwas wie dieses.

Schema-Detektor Neutrinos «Super-Камиоканде»

Ein Riesiges Reservoir aus rostfreiem Stahl in der Form eines Zylinders gefüllt mit 50 tausend Tonnen speziell gereinigtes Wasser. Durch dieses Wasser sich mit der Geschwindigkeit von Neutrinos schneller als das Licht.

«Neutrinos der Einstieg in den Tank erzeugen Licht nach dem Schema ähnlich dem, wie «Concord» überwand die Schallmauer», — sagt Uchida.

«Wenn das Flugzeug bewegt sich sehr schnell und überwindet die Schallmauer, hinter ihm entsteht ein sehr leistungsfähiges Shock Schallwelle. Ebenso Neutrinos durch das Wasser und bewegt sich schneller als das Licht schafft eine leichte Schockwelle», — erklärt der Wissenschaftler.

An den Wänden, der Decke und dem Boden des Behälters installiert ist etwas mehr als 11 000 speziellen vergoldeten «Glühbirnen». Sie heißen фотоумножителями und sind sehr lichtempfindlichen. Sie erfassen diese Lichtsignale Schockwellen erzeugten Neutrinos.

Aussehen photovervielfacherröhren so

Morgan Vasco beschreibt Sie als «Reverse Glühbirne». Diese Geräte sind so сверхчувствительны, dass auch mit einem Quantum Licht erzeugen einen elektrischen Impuls, der dann behandelt mit einem speziellen elektronischen System.

Trink Nicht Voditsa, козленочком wirst

Um das Licht von den Schockwellen erzeugten Neutrinos erreichte sensoren das Wasser im Tank sollte kristallklar. So sauber, dass Sie sich gar nicht vorstellen können. In «Super-Камиоканде» geht es um einen kontinuierlichen Prozess der speziellen mehrstufigen Reinigung. Wissenschaftler haben sogar bestrahlt Sie mit UV-Licht, um zu töten Sie alle möglichen Bakterien. Im Endeffekt ist es immer so, dass gar das grauen nimmt.

«Сверхочищенная Wasser auflösen kann, was Sie wollen. Сверхочищенная Wasser hier – sehr, sehr unangenehme Sache. Es verfügt über Eigenschaften von Säuren und Laugen», — sagt Uchida.

«Sogar einen Tropfen dieses Wassers kannliefern Sie so viel Mühe, dass Sie nicht träumen», — fügt Vasco.

die Leute Segeln auf einem Boot im inneren des Behälters «Super-Камиоканде»

Bei Bedarf die Instandhaltung im inneren des Behälters, zum Beispiel für den Austausch der Defekten sensoren, die Forscher verwenden muss, die Gummi-Boot (Bild oben).

Wenn Matthew Malek war ein Student Шеффилдского der Universität dazu und noch zwei Schüler «Glück» für einen ähnlichen Job. Am Ende des Tages, wenn die Zeit gekommen ist, klettern eigens für diese absenkbare Gondel kaputt. Physiker nichts anderes übrig, als wieder zurück in die Boote und warten, bis es repariert ist.

«Ich dachte, wenn er auf dem Rücken lag in diesem Boot und Sprach mit den anderen, wie ein winziger Teil meiner Haare, die buchstäblich nicht mehr als drei Zentimeter lang, die Hände auf diesem Wasser», — erzählt Malek.

Während Sie schwammen innerhalb der «Super-Камиоканде», und die Wissenschaftler im Obergeschoss Gondel repariert, Malek war alles für ihn. Er ist unruhig, früh am nächsten Tag, als er erkannte, was geschah etwas unheimliches.

«Ich wachte um 3 Uhr morgens aus den unerträglichen Juckreiz auf dem Kopf. Es war wahrscheinlich das schrecklichste Jucken, das ich je in meinem Leben erlebt hatte. Schlimmer als die Windpocken, die ich erlebte in der kindheit. Er war so schrecklich, dass ich konnte einfach nicht mehr einschlafen», — setzte der Wissenschaftler.

Malek erkannte, dass Wassertropfen, die sich auf die Spitze seines Haares, «высосала Trockenheit» von Ihnen alle Nährstoffe und das Defizit erreichte seinen Schädel. Er ist in Eile lief in die Dusche und verbrachte dort mehr als eine halbe Stunde versucht, wieder in den Zustand Ihr Haar.

Eine weitere Geschichte erzählt von Vasco. Er hatte gehört, dass im Jahr 2000 bei der Wartung das Personal liess das Wasser aus dem Tank und entdeckte auf dem Boden die Umrisse des Schraubenschlüssels.

«Anscheinend ist dieser Schlüssel zufällig ließ einer der Mitarbeiter, wenn Sie das Reservoir mit Wasser füllten im Jahr 1995. Das Wasser abgelassen im Jahr 2000, fanden Sie, dass der Schlüssel verschwunden».

«Super-Камиоканде 2.0»

Trotz der Tatsache, dass «Super-Камиоканде» und ohne ist sehr gross Detektor Neutrinos, Wissenschaftler haben vorgeschlagen, erstellen eine noch größere Installation unter dem Titel «Hyper-Камиоканде».

«Wenn wir die Genehmigung für den Bau der «Hyper-Камиоканде», dann wird der Detektor betriebsbereit ist ungefähr im Jahr 2026», — sagt Vasco.

Gemäß dem vorgeschlagenen Konzept-Detektor «Hyper-Камиоканде» wird 20-mal mehr «Super-Камиоканде». Darin ist geplant, mit etwa 99 000 фотоумножителей.