Paslėptas 1 km gylyje po Ikeno kalnu, „Kamioka“cinko kasykloje, esančiame 290 km į šiaurę nuo Tokijo (Japonija), yra vieta, apie kurią bet kuris supervilietis iš bet kurio filmo ar superherojaus galėtų pasvajoti kaip savo lova. Čia yra Super-Kamiokande (arba Super-K) neutrinų detektorius. Neutrinai yra pagrindinės subatominės dalelės, kurios labai silpnai sąveikauja su įprasta medžiaga. Jie sugeba įsiskverbti į absoliučiai viską ir visur. Stebėdami šias pagrindines daleles, mokslininkai padeda surasti griūvančias žvaigždes ir sužinoti naujos informacijos apie mūsų visatą. „Business Insider“kalbėjosi su trimis „Super-Kamiokande“stoties darbuotojais ir išsiaiškino, kaip čia viskas veikia ir kokius eksperimentus čia atlieka mokslininkai.
- „Salik.biz“
Pasinėrimas į subatominį pasaulį
Neutrinus labai sunku aptikti. Taip sunku, kad garsusis amerikiečių astrofizikas ir mokslo populiarintojas Neilas DeGrasse'as Tysonas kadaise juos vadino „labiausiai nemandagiu grobiu kosmose“.
„Medžiaga nėra kliūtis neutrinams. Šios subatominės dalelės gali praeiti per šimtus šviesmečių metalo ir net nesulėtėti “, - sakė Degrassas Tysonas.
Bet kodėl mokslininkai netgi bando juos sugauti?
„Kai įvyksta supernovos sprogimas, žvaigždė griūva į save ir virsta juoda skyle. Jei šis įvykis įvyksta mūsų galaktikoje, tada tokie neutrinų detektoriai kaip tas pats „Super-K“sugeba sugauti neutrinus, kuriuos skleidžia šio proceso dalis. Tokių detektorių pasaulyje yra labai mažai “, - aiškina Yoshi Uchida iš Londono imperatoriškojo koledžo.
Prieš žvaigždei sugriuvus, ji išmeta neutrinus visomis kosmoso kryptimis, o tokios laboratorijos kaip „Super-Kamiokande“veikia kaip išankstinio perspėjimo sistemos, kurios mokslininkams nurodo, kuria kryptimi žiūrėti, kad pamatytų pačias paskutines žvaigždžių gyvenimo akimirkas.
Reklaminis vaizdo įrašas:
„Supaprastinti skaičiavimai sako, kad supernovos sprogimo spindulys, per kurį mūsų detektoriai gali juos aptikti, įvyksta tik kartą per 30 metų. Kitaip tariant, jei praleisite vieną, iki kito įvykio turėsite palaukti vidutiniškai keletą dešimtmečių “, - sako Uchida.
„Super-K“neutrinų detektorius ne tik pasiima neutrinus, kurie pataikė tiesiai iš kosmoso. Be to, neutrinai pernešami iš T2K eksperimentinės patalpos, esančios Tokai mieste, priešingoje Japonijos dalyje. Išsiųstas neutrino pluoštas turi nuvažiuoti apie 295 kilometrus, po kurio jis patenka į vakarinėje šalies dalyje esantį detektorių „Super-Kamiokande“.
Stebėdami, kaip neutrinai keičiasi (arba svyruoja), kai jie keliauja per materiją, mokslininkams gali papasakoti daugiau apie Visatos prigimtį, pavyzdžiui, apie materijos ir antimaterijos santykį.
„Mūsų„ Didžiojo sprogimo “modeliai rodo, kad materija ir antimaterija turėjo būti sukurtos lygiomis dalimis“, - „Business Insider“pasakojo Morganas Vasco iš Londono imperatoriškojo koledžo.
„Tačiau pagrindinė antimaterijos dalis dėl vienų ar kitų priežasčių dingo. Yra daug daugiau paprastų dalykų nei antimaterija “.
Mokslininkai mano, kad neutrinų tyrimas gali būti vienas iš būdų, kuriuo pagaliau bus rastas atsakymas į šią mįslę.
Kaip Super Kamiokande sugauna neutrinus
1000 metrų po žeme esantis „Super Kamiokande“yra kažkas tokio, 15 aukštų pastato dydis.
Super Kamiokande neutrino detektoriaus schema.
Didžiulis cilindro formos nerūdijančio plieno bakas užpildytas 50 tūkstančių tonų specialiai išgryninto vandens. Praeinant pro šį vandenį, neutrinas juda šviesos greičiu.
„Neutrinai, patenkantys į rezervuarą, skleidžia šviesą panašiai, kaip„ Concorde “įveikė garso barjerą“, - sako Uchida.
„Jei lėktuvas juda labai greitai ir nutraukia garso barjerą, tada už jo sukuriama labai galinga smūgio banga. Panašiai neutrinai, einantys per vandenį ir judantys greičiau nei šviesos greitis, sukuria lengvą smūgio bangą “, - aiškina mokslininkas.
Ant rezervuaro sienelių, lubų ir dugno yra sumontuota šiek tiek daugiau nei 11 000 specialių paauksuotų „lempučių“. Jie vadinami fotopakartikliais ir yra labai jautrūs šviesai. Būtent jie fiksuoja šias neutrinų sukuriamas šviesos smūgio bangas.
Photomultiplers atrodo taip.
Morganas Vasco jas apibūdina kaip „galines lemputes“. Šie įtaisai yra tokie jautrūs, kad net ir turėdami vieną šviesos kvantą, jie sugeba generuoti elektrinį impulsą, kurį vėliau apdoroja speciali elektroninė sistema.
Negerkite vandens, tapsite vaiku
Kad neutrinų generuojamos smūgio bangos galėtų patekti į jutiklius, vanduo rezervuare turi būti aiškus. Taip švaru, kad net neįsivaizduojate. „Super-Kamiokanda“eina nuolatinis specialaus daugiapakopio valymo procesas. Mokslininkai netgi apšvitina jį ultravioletiniu spinduliu, kad sunaikintų visas įmanomas jame esančias bakterijas. Dėl to ji tampa tokia, kad jau imasi siaubo.
Itin išgrynintas vanduo gali ištirpinti bet ką. Itin išgrynintas vanduo čia yra labai, labai nemalonus dalykas. Jis turi rūgščių ir šarmų savybes “, - sako Uchida.
„Net lašas šio vandens gali sukelti jums tiek rūpesčių, apie kuriuos niekada nesvajojote“, - priduria Vasco.
Žmonės plaukia valtimi „Super-Kamiokande“rezervuaro viduje.
Jei reikia atlikti techninę priežiūrą rezervuaro viduje, pavyzdžiui, pakeisti sugedusius jutiklius, tyrėjai turi naudoti guminę valtį (pavaizduota aukščiau).
Kai Matthew'as Malekas buvo Šefildo universiteto abiturientas, jam ir dar dviem studentams „pasisekė“imtis panašaus darbo. Pasibaigus darbo dienai, kai jau laikas keltis laiptais, sugedo specialiai jai suprojektuota gondolinė. Fizikai neturėjo kito pasirinkimo, kaip grįžti prie valčių ir laukti, kol ji bus suremontuota.
„Nelabai supratau gulėdamas ant nugaros šioje valtyje ir kalbėdamas su kitais, kaip maža mano plaukų dalis, pažodžiui, ne ilgesnė kaip trys centimetrai, palietė šį vandenį“, - sako Malekas.
Kadangi jie plūduriavo „Super-Kamiokande“viduje ir mokslininkai viršuje taisė gondolą, Malekas dėl nieko nesijaudino. Kitą rytą jis sunerimo, supratęs, kad atsitiko kažkas baisaus.
„Aš prabudau 3 valandą ryto nuo nepakeliamo niežėjimo ant galvos. Tai buvo tikriausiai blogiausias niežėjimas, kokį aš kada nors patyriau savo gyvenime. Blogiau nei vėjaraupiai, kuriuos turėjau dar būdamas vaikas. Tai buvo taip baisu, kad aš tiesiog nebegalėjau miegoti “, - tęsė mokslininkas.
Malekas suprato, kad lašas vandens, kuris nukrito ant jo plaukų galiuko, „nusiurbė“visas maistines medžiagas iš jų ir jų trūkumas pasiekė kaukolę. Skubėdamas jis puolė į dušą ir praleido daugiau nei pusvalandį ten, bandydamas susigrąžinti plaukus.
Dar vieną istoriją papasakojo Vasco. Jis išgirdo, kad 2000 m. Atliekant techninę priežiūrą darbuotojai iš bako išpylė vandenį ir apačioje rado veržliarakčio kontūrą.
„Matyt, šį raktą netyčia paliko vienas darbuotojas, 1995 m. Užpildęs baką vandeniu. 2000 m. Išplovę vandenį, jie nustatė, kad raktas ištirpo.
„Super-Kamiokande 2.0“
Nepaisant to, kad „Super-Kamiokande“jau yra labai didelis neutrinų detektorius, mokslininkai pasiūlė sukurti dar didesnę instaliaciją, pavadintą „Hyper-Kamiokande“.
„Jei gausime patvirtinimą Hyper-Kamiokande statybai, detektorius bus paruoštas darbui apie 2026 metus“, - sako Vasco.
Pagal siūlomą koncepciją „Hyper-Kamiokande“detektorius bus 20 kartų didesnis nei „Super-Kamiokande“. Planuojama panaudoti apie 99 000 fotokordiatorių.
Nikolajus Khizhnyak