Πέντε εντυπωσιακά πειράματα για το «σωματίδιο-φάντασμα» το νετρίνο

Ο ανιχνευτής GERDA (GERmanium Detector Array).

Τα βιβλία φυσικής περιγράφουν συνήθως το νετρίνο ως ένα σωματίδιο με απειροελάχιστη μάζα και μηδενικό φορτίο, το οποίο προβλέφθηκε θεωρητικά το 1931, από τον διάσημο φυσικό Βόλφγκανγκ Πάολι.
Παρ’ όλα αυτά, στην επιστημονική κοινότητα είναι επίσης γνωστό με το παρατσούκλι «σωματίδιο-φάντασμα», αφού είναι τόσο δύσκολο να παρατηρηθεί, που χρειάσθηκαν τρεις περίπου δεκαετίες για να επιβεβαιωθεί πειραματικά η ύπαρξή του.
Ο λόγος είναι πως τα νετρίνα αλληλεπιδρούν πολύ σπάνια με την ύλη, αφού για παράδειγμα ένα «σωματίδιο-φάντασμα» μπορεί να διαπεράσει ανενόχλητο ολόκληρη τη Γη.
Επομένως, αν και αφθονούν στο διάστημα και στον πλανήτη μας, καθώς π.χ. κάθε δευτερόλεπτο δισεκατομμύρια τέτοια «φευγαλέα» σωματίδια περνούν μέσα από το σώμα μας, η ανίχνευσή τους κάθε άλλο παρά απλή υπόθεση είναι.
Την ίδια στιγμή, ωστόσο, τα νετρίνα υπόσχονται να προσφέρουν πληροφορίες για βίαια κοσμικά φαινόμενα, ενώ είναι επίσης πιθανό να δώσουν απαντήσεις σε μερικούς από τους πιο επίμονους «γρίφους» της φυσικής – μεταξύ άλλων, σε ερωτήματα όπως γιατί στο σύμπαν σπανίζει η αντιύλη ή ποια είναι η φύση της σκοτεινής ύλης.
Έτσι, αρκετά πειράματα για τη μελέτη του σωματιδίου βρίσκονται σε εξέλιξη σε όλον τον πλανήτη, κατά κανόνα με τη βοήθεια εντυπωσιακών ανιχνευτών που είναι θαμμένοι αρκετές εκατοντάδες μέτρα κάτω από το έδαφος, ώστε οι μετρήσεις τους να μην επηρεάζονται από την κοσμική ακτινοβολία

GERDA, Ιταλία

Στο Εθνικό Εργαστήριο Γκραν Σάσσο στην Ιταλία, το οποίο βρίσκεται 1.400 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του όρους Γκραν Σάσσο, 120 χιλιόμετρα έξω από τη Ρώμη, ο ανιχνευτής GERDA (GERmanium Detector Array) αναζητά νετρίνα μετρώντας τα ηλεκτρικά σήματα που παράγονται στο εσωτερικό κρυστάλλων από καθαρό γερμάνιο.
Οι επιστήμονες του GERDA ελπίζουν πως θα εντοπίσουν μία σπάνια ραδιενεργό διάσπαση, ώστε να εξηγήσουν γιατί στο «νεαρό» σύμπαν η ύλη επικράτησε της αντιύλης, παρόλο που θεωρητικά και οι δύο είχαν παραχθεί σε ίσες ποσότητες.



SNOLAB


«Τηλεσκόπιο νετρίνων» SNO (Sudbury Neutrino Observatory).
SNO, Καναδάς

Τα νετρίνα διακρίνονται σε τρία είδη, ή αλλιώς «γεύσεις». Μαζί με μία ανάλογη διάταξη στην Ιαπωνία, το «τηλεσκόπιο νετρίνων» SNO (Sudbury Neutrino Observatory), το οποίο βρίσκεται στο Οντάριο του Καναδά, απέδειξε ότι τα σωματίδια μπορούν να αλλάζουν «γεύσεις».
Στην πρώτη φάση του, το SNO λειτούργησε από το 1999 έως το 2006, ενώ σύντομα αναμένεται να ολοκληρωθεί η αναβάθμιση του ανιχνευτή, ώστε να αρχίσει ξανά τις μετρήσεις. Η «καρδιά» του ανιχνευτή είναι μία τεράστια πλαστική σφαίρα, γεμάτη με 800 τόνους από ένα ειδικό υγρό, η οποία περιβάλλεται από στρώμα νερού.
Περνώντας μέσα από τον ανιχνευτή, τα νετρίνα παράγουν σήματα φωτός, τα οποία καταγράφονται με τη βοήθεια 1.000 ειδικών αισθητήρων που βρίσκονται περιμετρικά της σφαίρας.



ROY KALTSCHMIDT/LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORAT
Daya Bay Neutrino Experiment.
Daya Bay Neutrino Experiment, Κίνα

Στον κόλπο Ντάγια, περίπου 52 χιλιόμετρα βορειοανατολικά του Χονγκ Κονγκ, η διάταξη του πειράματος Daya Bay Neutrino Experiment περιλαμβάνει έξι κυλινδρικούς ανιχνευτές, κάθε ένας από τους οποίους περιέχει ειδικό υγρό, ώστε με τη διέλευση των σωματιδίων να παράγονται φωτεινά σήματα.
Στο «στόχαστρο» του πειράματος βρίσκονται τα αντινετρίνα, δηλαδή τα αντισωματίδια των νετρίνων. Τα αντινετρίνα προέρχονται από έξι πυρηνικούς αντιδραστήρες, οι βρίσκονται σε κοντινή απόσταση και παράγουν κάθε δευτερόλεπτο τρισεκατομμύρια αντισωματίδια.
Σκοπός του Daya Bay Neutrino Experiment είναι να μελετήσει τις ταλαντώσεις των αντινετρίνων, δηλαδή τις αυθόρμητες αλλαγές «γεύσεων» των αντισωματίδιων των νετρίνων.



KAMIOKA OBSERVATORY/ICRR(INSTITUTE FOR COSMIC RAY


Το «τηλεσκόπιο νετρίνων» Super-Kamiokande (Super K).

Super Kamiokande, Ιαπωνία

Θαμμένο σε βάθος περίπου 900 μέτρων, το «τηλεσκόπιο νετρίνων» Super-Kamiokande (Super K) στη δυτική Ιαπωνία περιέχει 50.000 τόνους καθαρού νερού, ενώ περιβάλλεται από περίπου 11.000 αισθητήρες φωτονίων. Μαζί με το πείραμα SNO στον Καναδά, στο Super K οφείλεται η πειραματική απόδειξη ταλάντωσης των νετρίνων.
Η ανίχνευση των νετρονίων βασίζεται στο γεγονός ότι, όταν τα νετρίνα αλληλεπιδράσουν με τα μόρια νερού, παράγουν μία στιγμιαία λάμψη γαλάζιου χρώματος, γνωστή ως ακτινοβολία Τσερένκοφ. Το πείραμα συνεχίζεται, με σκοπό την ακόμη πληρέστερη μελέτη των ταλαντώσεων.


IAN REES/ICECUBE/NSF


Το IceCube είναι ο μεγαλύτερος ανιχνευτής νετρίνων στον κόσμο.
IceCube, Νότιος Πόλος

Το IceCube είναι ο μεγαλύτερος ανιχνευτής νετρίνων στον κόσμο, μελετώντας από τον νότιο Πόλο «σωματίδια-φαντάσματα» υψηλής ενέργειας, τα οποία έχουν παραχθεί από βίαια κοσμικά φαινόμενα, όπως αστρικές εκρήξεις.
Γι’ αυτό τον σκοπό, η διάταξη περιλαμβάνει 5.160 αισθητήρες, που βρίσκονται εγκατεστημένοι σε μία έκταση πάγου δισεκατομμυρίων τόνων. Έτσι, όταν τα νετρίνα αλληλεπιδράσουν με τα μόρια νερού του πάγου, παράγουν ακτινοβολία Τσερένκοφ. Με αυτό τον τρόπο, οι επιστήμονες προσπαθούν να προσδιορίσουν την τροχιά των νετρίνω, ώστε να βρουν την πηγή προέλευσής τους.

Πηγή: Ναυτεμπορική
http://www.businessinsider.com/physics-experiments-designed-to-detect-neutrino-ghost-particle-2016-5?op=1