Chiny zbudują na dnie oceanu największy na świecie wykrywacz neutrin

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Chiny planują wybudowanie na dnie morskim największego na świecie wykrywacza neutrin. Niedawno na łamach Nature Astronomy zaprezentowano projekt urządzenia TRopIcal DEep-sea Neutrino Telescope (TRIDENT), zwanego po chińsku Hailing, Oceaniczny Dzwon. Ma to być nie tylko największy, ale najbardziej zaawansowany i najbardziej czuły teleskop rejestrujący neutrina. Będzie ważnym uzupełnieniem już działających urządzeń, w tym obecnie największego detektora IceCube, który znajduje się do 2,5 kilometra pod lodem Antarktydy i ma objętość 1 km³.

Neutrina to, po fotonach, najbardziej rozpowszechnione cząstki subatomowe we wszechświecie. W każdej sekundzie samo Słońce emituje setki biliardów tych cząstek, które przenikają wszystko, w tym nasze ciała czy Ziemię. Istnienie neutrin przewidziano w 1930 roku, a po raz pierwszy zarejestrowano je w roku 1954. Od tamtej pory za badania nad nimi przyznano cztery Nagrody Nobla. Wiedza na ich temat zrewolucjonizowała fizykę, jednak neutrina wciąż skrywają wiele tajemnic.

Cząstki te mogą pochodzić nie tylko ze Słońca, ale również z eksplozji supernowych czy z czarnych dziur. Są więc idealnymi posłańcami i nośnikami danych, za pomocą których można nie tylko badać wszechświat i najbardziej intensywne zjawiska w nim zachodzące, ale również dają wgląd w podstawy fizyki.

W latach 60. XX wieku radziecki fizyk Markow zaproponował, by wykorzystać promieniowanie Czerenkowa do badania neutrin. To zainspirowało fizyków do budowania teleskopów wykrywających neutrina. Obecnie największym z nich jest ukończony w 2010 roku IceCube. Niedługo po uruchomieniu wykrył zidentyfikował on wysokoenergetyczne neutrina pochodzące z głębi kosmosu, a kilka lat później zidentyfikował ich źródło.

Badanie neutrin jest niezwykle trudne, gdyż niemal nie wchodzą one w interakcje. Materia jest dla nich przezroczysta. Przelatują z równą łatwością przez nasze ciała, jak i planety. Czasem jednak, w olbrzymiej masie neutrin, zdarzy się takie, które zderzy się z molekułą wody. Dochodzi wówczas do emisji światła. I właśnie tę emisję wykrywają teleskopy neutrin.

TRIDENT, który ma zostać ukończony w 2030 roku, zostanie wybudowany na Pacyfiku, w pobliżu równika, na głębokości około 3,5 kilometrów. W ostatnich latach chińscy naukowcy szukali odpowiedniego miejsca, gdzie dno będzie płaskie, ruch wody niewielki, jej radioaktywność nie będzie odbiegała od standardowej wody morskiej, a przejrzystość odpowiednio duża. Miejsce takie znaleźli około 540 kilometrów na południe od Hongkongu, w odległości 200 kilometrów do Yongxing, największej z Wysp Paracelskich.

Przejrzystość wody jest tam tak duża, że sygnał świadczący o obecności neutrina można będzie rejestrować z odległości od 27 do 63 metrów. Dla porównania, przejrzystość wody z kranu pozwoliłaby zarejestrować go z odległości zaledwie 2 metrów.

TRIDENT będzie składał się z 1200 pionowo ustawionych lin o długości 700 metrów każda, znajdujących się w odległości 70–100 metrów od siebie. Na każdej z lin umieszczonych zostanie 20 cyfrowych modułów optycznych o wysokiej rozdzielczości. Cała instalacja będzie miała średnicę 4 kilometrów i obszar 12 kilometrów kwadratowych. Teleskop będzie monitorował 8 km³ wody w poszukiwaniu śladów neutrin. Urządzenie ma być znacznie bardziej czułe od IceCube. Jego twórcy wyliczają, że powinno ono odkryć neutrina z aktywnej galaktyki NGC 1068 w ciągu pierwszych 12 miesięcy pracy, podczas gdy IceCube potrzebuje 10 lat rejestrowania neutrin, by zarejestrować takie pochodzące ze wspomnianej galaktyki z poziomem ufności wynoszącym 4,2 sigma.

Tymczasem o odkryciu można mówić przy poziomie 5 sigma. Z kolei dla krótkotrwałych źródeł neutrin, takich jak blazar TXS 0506+056, TRIDENT będzie w stanie wykryć sygnał z poziomem ufności wynoszącym 10 sigma, podczas gdy w roku 20018 poziom ufności wykrycia przez IceCube wyniósł 3,5 sigma.

« powrót do artykułu