Skryté v hĺbke 1 km pod vrchom Ikeno, v zinkovej bani Kamioka, 290 km severne od Tokia (Japonsko), je miesto, o ktorom by sníval každý supervillain z akéhokoľvek filmu alebo superhrdina príbeh ako svoj brlohu. Tu je „Super-Kamiokande“(alebo „Super-K“) - neutrínový detektor. Neutrína sú subatomické základné častice, ktoré veľmi slabo interagujú s bežnou hmotou. Sú schopní preniknúť úplne všade a všade. Pozorovanie týchto základných častíc pomáha vedcom nájsť padajúce hviezdy a dozvedieť sa nové informácie o našom vesmíre. Business Insider hovoril s tromi zamestnancami stanice Super-Kamiokande a zistil, ako všetko tu funguje a aké experimenty tu vedci robia.
Ponoriť sa do subatomického sveta
Neutrína sa dajú veľmi ťažko zistiť. Tak ťažké, že slávny americký astrofyzik a popularizátor vedy Neil DeGrasse Tyson ich kedysi nazval „najneprchavejšou korisťou vo vesmíre“.
„Hmota nepredstavuje žiadnu prekážku pre neutrína. Tieto subatomické častice sú schopné prechádzať stovkami svetelných rokov kovu a ani sa nespomaľujú, “uviedol Degrass Tyson.
Ale prečo sa ich vedci snažia chytiť?
„Keď dôjde k výbuchu supernovy, hviezda sa zrúti do seba a zmení sa na čiernu dieru. Ak sa táto udalosť vyskytne v našej galaxii, potom môžu neutrínové detektory ako ten istý „Super-K“zachytiť neutrína emitované ako súčasť tohto procesu. Vo svete existuje len veľmi málo takýchto detektorov, “vysvetľuje Yoshi Uchida z Imperial College London.
Pred tým, ako sa hviezda zrúti, hodí neutrína vo všetkých smeroch vesmíru a laboratóriá ako Super-Kamiokande slúžia ako systémy včasného varovania, ktoré hovoria vedcom, ktorým smerom sa pozerať, aby videli posledné chvíle života hviezd.
Propagačné video:
„Zjednodušené výpočty hovoria, že udalosti výbuchu supernovy v okruhu, v ktorom ich môžu detekovať naše detektory, sa vyskytujú iba raz za 30 rokov. Inými slovami, ak vám chýba, budete musieť počkať v priemere niekoľko desaťročí pred ďalšou udalosťou, “hovorí Uchida.
Detektor neutrín Super-K nielen zachytáva neutrína, ktoré ho zasiahli priamo z vesmíru. Neutrína sa k nemu prenášajú z experimentálneho zariadenia T2K, ktoré sa nachádza v meste Tokai, v opačnej časti Japonska. Vyslaný neutrínový lúč musí prejsť asi 295 kilometrov, po ktorom vstúpi do detektora Super-Kamiokande, ktorý sa nachádza v západnej časti krajiny.
Pozorovanie toho, ako sa neutrína menia (alebo kmitá), keď cestujú hmotou, môžu vedcom povedať viac o povahe vesmíru, napríklad o vzťahu medzi hmotou a antihmotou.
„Naše modely Big Bang naznačujú, že hmota a antihmota sa musia vytvárať v rovnakom pomere,“povedal Morgan Vasco z Imperial College London spoločnosti Business Insider.
„Avšak hlavná časť antihmoty z nejakého dôvodu zmizla. Existuje oveľa bežnejšia látka ako antihmota. ““
Vedci sa domnievajú, že štúdium neutrín môže byť jedným zo spôsobov, ako konečne nájsť odpoveď na túto hádanku.
Ako Super Kamiokande chytí neutrína
Nachádza sa 1 000 metrov pod zemou, Super Kamiokande je niečo také, veľkosť 15-podlažnej budovy.
Schéma neutrínového detektora Super-Kamiokande.
Obrovská nádrž z nehrdzavejúcej ocele v tvare valca je naplnená 50 000 tonami špeciálne vyčistenej vody. Prechodom cez toto vodné neutrino sa pohybuje rýchlosťou svetla.
„Neutrína vstupujúca do nádrže vytvára svetlo podobným spôsobom, ako Concorde prelomil zvukovú bariéru,“hovorí Uchida.
„Ak sa lietadlo pohybuje veľmi rýchlo a prelomí zvukovú bariéru, vytvorí sa za ním veľmi silná rázová vlna. Podobne aj neutrína prechádzajúca vodou a pohybujúca sa rýchlejšie ako rýchlosť svetla vytvára svetelnú rázovú vlnu, “vysvetľuje vedec.
Na stenách, strope a spodku nádrže je nainštalovaných viac ako 11 000 špeciálnych pozlátených „žiaroviek“. Nazývajú sa fotonásobiče a sú veľmi citlivé na svetlo. Sú to oni, ktorí zachytávajú tieto svetelné rázové vlny vytvorené neutrínami.
Takto vyzerajú fotonásobiče.
Morgan Vasco ich označuje ako „žiarovky zadného svetla“. Tieto zariadenia sú natoľko citlivé, že aj pomocou jedného kvantového svetla sú schopné generovať elektrický impulz, ktorý je potom spracovávaný špeciálnym elektronickým systémom.
Nepite vodu, stanete sa dieťaťom
Aby svetlo z nárazových vĺn generovaných neutrínmi dosiahlo senzory, musí byť voda v nádrži krištáľovo čistá. Tak čisté, že si ani nevieš predstaviť. V spoločnosti Super-Kamiokanda prechádza neustálym procesom špeciálneho viacúrovňového čistenia. Vedci to dokonca ožarujú ultrafialovým svetlom, aby v ňom zabili všetky možné baktérie. Výsledkom je, že sa stáva hrôzou.
„Ultračistená voda dokáže rozpustiť čokoľvek. Ultračistená voda je tu veľmi, veľmi nepríjemná vec. Má kyslé a zásadité vlastnosti, “hovorí Uchida.
„Aj kvapka tejto vody môže spôsobiť toľko problémov, o ktorých ste nikdy nesnívali,“dodáva Vasco.
Ľudia plávajú na lodi vo vnútri nádrže Super-Kamiokande.
Ak je napríklad potrebné vykonať údržbu vo vnútri nádrže, napríklad na výmenu chybných senzorov, výskumníci musia použiť gumenú loď (na obrázku vyššie).
Keď bol Matthew Malek postgraduálnym študentom na University of Sheffield, on a dvaja ďalší študenti mali „šťastie“, že vykonali podobnú prácu. Na konci pracovného dňa, keď nastal čas ísť hore, sa pokazila špeciálne navrhnutá rozbaľovacia gondola. Fyzici nemali na výber, len sa vrátiť na člny a čakať na opravu.
"Okamžite som nerozumel, keď som ležal na chrbte v tejto lodi a rozprával som sa s ostatnými, ako sa táto voda dotkla malej časti vlasov, doslova nie viac ako tri centimetre," hovorí Malek.
Keď plávali vo vnútri Super-Kamiokande a vedci na hornom poschodí opravovali gondolu, Malek sa o nič nestaral. Druhý deň ráno sa obával, uvedomil si, že sa stalo niečo strašné.
"Zobudil som sa o 3. hodine ráno z neúnosného svrbenia na mojej hlave." Bolo to pravdepodobne to najhoršie svrbenie, aké som kedy zažil. Horšie ako ovčie kiahne, ktoré som mal ako dieťa. Bolo to také hrozné, že som už jednoducho nemohol spať, “pokračoval vedec.
Malek si uvedomil, že kvapka vody, ktorá dopadla na jeho vlasy, „nasala“všetky živiny z nich a ich nedostatok dosiahol jeho lebku. Rýchlo sa ponáhľal do sprchy, strávil tam viac ako pol hodiny a snažil sa dostať vlasy späť.
Ďalší príbeh povedal Vasco. Počul, že v roku 2000, počas údržby, personál vypláchol vodu z nádrže a našiel obrys kľúča na dne.
„Tento kľúč zjavne nechal náhodou jeden zo zamestnancov, keď v roku 1995 naplnili nádrž vodou. Keď v roku 2000 prepláchli vodu, zistili, že kľúč sa rozpustil. ““
„Super-Kamiokande 2.0“
Napriek tomu, že Super-Kamiokande je už veľmi veľký neutrínový detektor, vedci navrhli vytvoriť ešte väčšiu inštaláciu s názvom Hyper-Kamiokande.
"Ak dostaneme súhlas na výstavbu Hyper-Kamiokande, detektor bude pripravený na prevádzku okolo roku 2026," hovorí Vasco.
Podľa navrhovaného konceptu bude detektor Hyper-Kamiokande 20-krát väčší ako detektor Super-Kamiokande. Plánuje sa použitie asi 99 000 fotonásobičov.
Nikolay Khizhnyak