Под горой Икено, Япония, в старой шахте, которая находится на глубине тысячи метров (3300 футов) под поверхностью, находится обсерватория Супер-Камиоканде (СКО). С 1996 года, когда он начал проводить наблюдения, исследователи используют черенковский детектор этого объекта для поиска признаков распада протонов и нейтрино в нашей галактике. Это непростая задача, поскольку нейтрино очень трудно обнаружить.
Но благодаря новой компьютерной системе, которая сможет контролировать нейтрино в режиме реального времени, исследователи в ЮКО смогут более тщательно исследовать эти загадочные частицы в ближайшем будущем. При этом они надеются понять, как звезды образуются и в конечном итоге разрушаются в черные дыры, и пробираются к вершине того, как материя была создана в ранней Вселенной.
Проще говоря, нейтрино являются одной из фундаментальных частиц, из которых состоит Вселенная. По сравнению с другими фундаментальными частицами они имеют очень небольшую массу, не имеют заряда и взаимодействуют только с другими типами частиц через слабую ядерную силу и гравитацию. Они создаются разными способами, в частности, в результате радиоактивного распада, ядерных реакций, которые приводят звезду в действие, и в виде сверхновых.
В соответствии со стандартной моделью Большого взрыва, нейтрино, оставшиеся от создания Вселенной, являются наиболее распространенными частицами из существующих. Считается, что в любой момент триллионы этих частиц движутся вокруг нас и через нас. Но из-за того, как они взаимодействуют с материей (то есть очень слабо), их чрезвычайно трудно обнаружить.
По этой причине нейтринные обсерватории строятся глубоко под землей, чтобы избежать помех от космических лучей. Они также полагаются на черенковские детекторы, которые представляют собой огромные резервуары для воды, на стенах которых расположены тысячи датчиков. Они пытаются обнаружить частицы, поскольку они замедляются до локальной скорости света (то есть скорости света в воде), что проявляется в присутствии свечения, известного как черенковское излучение.
Детектор в СКО в настоящее время является крупнейшим в мире. Он состоит из цилиндрического резервуара из нержавеющей стали высотой 41,4 м (136 футов) и диаметром 39,3 м (129 футов), вмещающего более 45 000 метрических тонн (50 000 тонн США) сверхчистой воды. Внутри установлены 11 146 фотоэлектронных умножителей, которые обнаруживают свет в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра с чрезвычайной чувствительностью.
В течение многих лет исследователи в ЮКО использовали оборудование для исследования солнечных нейтрино, атмосферных нейтрино и искусственных нейтрино. Тем не менее, те, которые созданы сверхновыми, очень трудно обнаружить, так как они появляются внезапно и их трудно отличить от других видов. Однако, благодаря новой компьютерной системе, исследователи Super Komiokande надеются, что это изменится.
Луис Лабарга, физик из Автономного университета Мадрида (Испания) и член коллаборации, объяснил в недавнем заявлении Службе научных новостей (SINC):
«Взрывы сверхновых - одно из самых энергетических явлений во вселенной, и большая часть этой энергии выделяется в форме нейтрино. Вот почему обнаружение и анализ нейтрино, испускаемых в этих случаях, отличных от Солнца или других источников, очень важно для понимания механизмов образования нейтронных звезд - типа звездного остатка - и черных дыр ».
По сути, новая компьютерная система предназначена для анализа событий, записанных в глубине обсерватории в режиме реального времени. Если он обнаруживает аномально большие потоки нейтрино, он быстро предупредит экспертов, управляющих средствами управления. Затем они смогут оценить значимость сигнала в течение нескольких минут и посмотреть, действительно ли он исходит от соседней сверхновой.
«Во время взрывов сверхновых генерируется огромное количество нейтрино за очень короткое время - несколько секунд - и поэтому мы должны быть готовы», - добавил Лабарга. «Это позволяет нам исследовать фундаментальные свойства этих захватывающих частиц, такие как их взаимодействие, их иерархия и абсолютное значение их массы, их период полураспада и, конечно, другие свойства, которые мы до сих пор даже не можем себе представить».
Не менее важным является тот факт, что эта система даст СКО возможность отправлять ранние предупреждения в исследовательские центры по всему миру. Наземные обсерватории, где астрономы стремятся наблюдать за созданием космических нейтрино сверхновой, смогут заранее направить все свои оптические приборы к источнику (поскольку электромагнитный сигнал будет дольше приходить).
Благодаря этим совместным усилиям астрофизики смогут лучше понять некоторые из самых неуловимых нейтрино из всех. Понимание того, как эти фундаментальные частицы взаимодействуют с другими, может приблизить нас на один шаг к Великой Единой Теории - одной из главных целей Обсерватории Супер-Камиоканде.
На сегодняшний день в мире существует всего несколько нейтринных детекторов. К ним относятся детектор Ирвин-Мичиган-Брукхейвен (IMB) в Огайо, нейтринная обсерватория Subdury (SNOLAB) в Онтарио, Канада, и обсерватория Супер-Камиоканде в Японии.
