Come funzionano i rivelatori di neutrini: esempio giapponese «Super-Kamiokande»

Nascosto in profondità, a 1 km sotto il monte Икено, in zinco miniera di Kamioka, a 290 km a nord di Tokyo (Giappone) si trova posto, che come sua tana sognerebbe di qualsiasi supercriminale di qualche film o una storia di супергоях. Qui si trova il «Super-Kamiokande» (o «Super A») — rivelatore di neutrini. I neutrini rappresentano fondamentali di particelle subatomiche, molto debolmente interagenti con la materia ordinaria. Essi sono in grado di penetrare in tutti e ovunque. La visione di queste particelle fondamentali aiuta gli scienziati a trovare коллапсирующие stelle e imparare nuove informazioni sul nostro Universo. Edizione di Business Insider ha parlato con i tre dipendenti della stazione «Super-Kamiokande» e ha scoperto come funziona e quali sono gli esperimenti qui passano gli scienziati.

Precipitare in una focosa mondo

Il Neutrino è molto difficile da rilevare. Così difficile che il famoso americano astrofisico e divulgatore scientifico Neil Degrasse Tyson, una volta chiamato il loro «prezzo più preda sfuggente nello spazio».

«la Materia non è per neutrini nessun ostacolo. Queste particelle subatomiche sono in grado di passare attraverso centinaia di anni luce di metallo e nemmeno rallentare», — ha detto Degrasse Tyson.

Ma perche ' gli scienziati stanno cercando di percepirle?

«Quando avviene lo scoppio di una supernova, una stella collassa in se stesso e si trasforma in un buco nero. Se questo evento si verifica nella nostra galassia, rivelatori di neutrini come i «Super A» sono in grado di interferire emesse nell'ambito di questo processo di neutrini. Tali rivelatori molto poco nel mondo», — spiega Yoshi Uchida dell'Imperial college di Londra.

Prima di una stella collassa, si butta in tutte le direzioni dello spazio cosmico di neutrini e di laboratorio simili «Super-Kamiokande» servono nel ruolo di sistemi di allerta precoce, che dicono gli scienziati in che direzione guardare per vedere gli ultimi istanti di vita delle stelle.

«Semplificato i calcoli dicono che gli eventi esplosione di una supernova in un raggio, in cui i nostri rivelatori possono percepirle, si verificano solo una volta in 30 anni. In altre parole, se si perde uno, devono aspettare in media fino a pochi decenni prima del prossimo evento», — dice Uchida.

Rivelatore di neutrini «Super A» non solo raccoglie i neutrini, che cade su di esso direttamente dallo spazio. Inoltre, su di esso viene trasmesso neutrini con un setup sperimentale T2K si trova nella città di Tokaj, che nella parte opposta del Giappone. Inviato trave di neutrini devono passare circa 295 chilometri, dopo di che si entra nel rivelatore «Super-Kamiokande», situato nella parte occidentale del paese.

Osservare come i neutrini vengono modificate (o oscillano) quando si guida attraverso la materia, si può dire agli scienziati di più sulla natura dell'Universo, ad esempio, sul rapporto tra materia e antimateria.

«i Nostri modelli «Big bang» dicono che la materia e antimateria dovevano essere creati in proporzioni uguali», — ha detto in un'intervista a Business Insider Morgan Vasco dell'Imperial College di Londra.

«Tuttavia, la maggior parte di antimateria per qualche o per qualche motivo è scomparso. La materia ordinaria significativamente più di antimateria».

Gli Scienziati ritengono che lo studio dei neutrini può essere uno dei modi, grazie al quale la risposta a questo enigma sarà finalmente è stato trovato.

Come «Super-Kamiokande» raccoglie i neutrini

Situato a una profondità di 1000 metri sotto terra, il «Super-Kamiokande» delle dimensioni di un edificio di 15 piani è un qualcosa di simile.

lo Schema del rivelatore di neutrini «Super-Kamiokande»

Un Enorme serbatoio in acciaio inox a forma di cilindro pieno di 50 mila tonnellate appositamente acqua purificata. Passando attraverso questa acqua neutrini si muove con la velocità più veloce della velocità della luce.

«i Neutrini entrare nel serbatoio producono una luce di uno schema simile a quello come «Concordia» di superare la barriera del suono», — dice Uchida.

«Se l'aereo si muove molto velocemente e supera la barriera del suono, dietro di lui creato molto potente d'urto di un'onda sonora. Allo stesso modo, i neutrini passando attraverso l'acqua e si muove più velocemente della velocità della luce crea una leggerissima onda d'urto», — spiega lo scienziato.

Sulle pareti, sul soffitto e sul fondo del serbatoio installato poco più di 11 000 speciali dorati «lampadine». Essi sono chiamati фотоумножителями e sono molto sensibili alla luce. Sono loro che prendono questi luminosi onde d'urto generate da neutrini.

Sembrano фотоумножители così

Morgan e Vasco li descrive come «ritorno lampadine». Queste unità sono così сверхчувствительны, che, anche con l'aiuto di un quantum di luce in grado di generare un impulso elettrico che viene poi elaborato speciale sistema elettronico.

Non bere voditsa, diventare un ragazzo

Per la luce dalle onde d'urto create neutrini ha raggiunto il sensore acqua nel serbatoio deve essere cristallino. Così pulito, che non si può nemmeno immaginare. In «Super-Kamiokande» lei è un costante processo di speciale multi-livello di pulizia. Gli scienziati hanno anche irradiano la luce ultravioletta per uccidere tutti i possibili batteri. Alla fine diventa così, che tanto orrore prende.

«Сверхочищенная l'acqua può sciogliere il tutto. Сверхочищенная l'acqua qui è molto molto brutta cosa. Lei ha le proprietà di acidi e basi», — dice Uchida.

«Nemmeno una goccia d'acqua puòfornire così tanti problemi che non hai mai sognato», — aggiunge Vasco.

le Persone stanno navigando in barca all'interno del serbatoio «Super-Kamiokande»

Se necessario, effettuare la manutenzione all'interno del serbatoio, ad esempio, per sostituire quelli danneggiati sensori, i ricercatori devono utilizzare un gommone (nella foto sopra).

Quando Matteo Bianchetti è stato un dottorando dell'università di Sheffield lui e altri due studenti «fortuna» di un lavoro simile. Alla fine della giornata, quando è il momento di salire al piano di sopra, appositamente progettato per questo опускаемая gondola si è rotta. I fisici non c'era nulla da fare, come nuovo tornare in barca e aspettare fino a quando lei tornerà.

«non l'Avevo capito, quando sdraiato sulla schiena in questa barca e parlato con gli altri, come una piccola parte dei miei capelli, letteralmente non più di tre centimetri di lunghezza, è toccato a questa acqua», — dice Malek.

Mentre nuotavano dentro «Super-Kamiokande», e gli scienziati lavorarono sopra la gondola, Malek nulla preoccupato. Ha preoccupato la mattina presto del giorno successivo, rendendosi conto che è accaduto qualcosa di terribile.

«Mi sono svegliato alle 3 del mattino da un insopportabile prurito in testa. Questo è stato probabilmente il più terribile prurito che io abbia mai provato in vita mia. Peggio che da il mulino a vento, di cui ho avuto nell'infanzia. Era così orribile che non riuscivo più a dormire», — ha continuato lo scienziato.

Malek capito che una goccia d'acqua, classificato sulla punta dei suoi capelli, «ha succhiato secco» di tutti i nutrienti e il loro deficit ha raggiunto il suo cranio. Lui in fretta corse in doccia e ha trascorso più di mezz'ora, cercando di riportare i capelli.

Un'altra storia ha detto Vasco. Ha sentito che nel 2000 durante la manutenzione il personale disceso dal serbatoio l'acqua e ha scoperto sul fondo forma di chiave inglese.

«a quanto Pare questa chiave accidentalmente lasciato uno dei dipendenti, quando hanno riempito il serbatoio con acqua nel 1995. Il livello dell'acqua nel 2000, hanno scoperto che la chiave è scomparso».

«Super-Kamiokande 2.0»

Nonostante il fatto che il «Super-Kamiokande», e non è molto grande rivelatore di neutrini, gli scienziati hanno proposto di creare ancora più grande installazione dal titolo «Iper-Kamiokande».

«Se riusciamo ad ottenere l'approvazione per la costruzione di un «Iper-Kamiokande», il rivelatore sarà pronto in circa nel 2026», — dice Vasco.

Secondo il concetto proposto, rivelatore di «Iper-Kamiokande» sarà 20 volte di più «Super-Kamiokande». In esso si prevede di utilizzare circa il 99 000 фотоумножителей.