Ikeno mäe all 1 km sügavusel, Tokioost (Jaapan) 290 km põhja pool asuvas Kamioka tsinki kaevanduses on koht, millest iga filmi superkangelane või superkangelane võiks unistada. Siin on "Super-Kamiokande" (või "Super-K") - neutriinodetektor. Neutrinod on subatomilised põhiosakesed, mis suhtlevad tavalise ainega väga nõrgalt. Nad on võimelised tungima absoluutselt kõike ja kõikjale. Nende põhiosakeste vaatlemine aitab teadlastel leida kokku varisevaid tähti ja õppida uut teavet meie universumi kohta. Business Insider vestles Super-Kamiokande jaama kolme töötajaga ja uuris, kuidas kõik siin töötab ja milliseid katseid teadlased siin viivad.
Subatomiaalsesse maailma sukeldumine
Neutrinoid on väga raske tuvastada. Nii keeruline, et kuulus ameerika astrofüüsik ja teaduse populariseerija Neil DeGrasse Tyson nimetas neid kunagi "kosmose kõige raskemaks saagiks".
„Aine ei kujuta neutrinodele mingit takistust. Need subatomilised osakesed on võimelised läbima sadu valgusaastaid metalli ja isegi mitte aeglustama,”ütles Degrass Tyson.
Kuid miks üritavad teadlased neid isegi tabada?
“Kui toimub supernoova plahvatus, variseb täht iseenesest ja muutub mustaks auguks. Kui see sündmus leiab aset meie galaktikas, suudavad neutriinodetektorid, näiteks sama "Super-K", selle protsessi käigus eraldatud neutriinod tabada. Selliseid detektoreid on maailmas väga vähe,”selgitab Yoshi Uchida Londoni Imperial College'ist.
Enne tähe kokkukukkumist viskab ta neutriine kõigisse kosmose suunda ning Super-Kamiokande taolised laborid on varajase hoiatamise süsteemid, mis ütlevad teadlastele, millisesse suunda vaadata, et näha täheelu viimaseid hetki.
Reklaamvideo:
„Lihtsustatud arvutused väidavad, et supernoova plahvatus raadiuses, milles meie detektorid suudavad neid tuvastada, toimub ainult üks kord 30 aasta jooksul. Teisisõnu, kui üks neist jääb puudu, peate enne järgmist sündmust ootama keskmiselt mitu aastakümmet,”ütleb Uchida.
Super-K neutriinodetektor ei võta ainult neutriine, mis tabavad seda otse kosmosest. Lisaks sellele edastatakse neutriinosid Jaapani vastasosas Tokai linnas asuvas T2K eksperimentaalrajatises. Saadetud neutriinokiir peab läbima umbes 295 kilomeetrit, pärast mida siseneb see riigi lääneosas asuvasse Super-Kamiokande detektorisse.
Jälgides, kuidas neutriinod muutuvad (või võnkuvad), liikudes läbi mateeria, saavad teadlased rääkida rohkem universumi olemusest, näiteks mateeria ja antimaterjali vahelistest seostest.
"Meie Suure Paugu mudelid näitavad, et aine ja antimaterjal tuli luua võrdses vahekorras," rääkis Morgan Vasco Londoni Imperial College'ist Business Insiderile.
“Ent antimaterjali põhiosa kadus mingil või teisel põhjusel. Seal on palju rohkem tavalist ainet kui antimaterjal."
Teadlaste arvates võib neutriinode uurimine olla üks viise, kuidas sellele mõistatusele lõpuks vastus leitakse.
Kuidas Super Kamiokande püüab neutriine
1000 meetri maa all asuv Super Kamiokande on midagi sellist, 15-korruselise hoone suurus.
Super-Kamiokande neutriinodetektori skeem.
Hiiglaslik silindrikujuline roostevabast terasest paak on täidetud 50 tuhande tonni spetsiaalselt puhastatud veega. Selle vee läbimisel liigub neutriino valguse kiirusel.
"Reservuaari sisenevad neutriinod tekitavad valgust, mis sarnaneb sellele, kuidas Concorde helitõkkeid murdis," ütleb Uchida.
“Kui lennuk liigub väga kiiresti ja murrab helitõkke, siis tekib selle taga väga võimas lööklaine. Samamoodi loovad vett läbiva ja valguse kiirusest kiiremini liikuvad neutriinod kerge lööklaine,”selgitab teadlane.
Paagi seintele, lakke ja põhja on paigaldatud veidi üle 11 000 spetsiaalse kullatud sibula. Neid nimetatakse fotokordistajateks ja nad on väga valgustundlikud. Just nemad löövad kinni need neutriinode tekitatud kerged lööklained.
Fotokordistid näevad välja sellised.
Morgan Vasco kirjeldab neid kui "tagumisi lambipirne". Need seadmed on nii ülitundlikud, et isegi ühe valguse kvandi abil suudavad nad genereerida elektrilise impulsi, mida seejärel töödeldakse spetsiaalse elektroonilise süsteemi abil.
Ära joo vett, sinust saab laps
Kui neutriinod tekitavad lööklainetest tulevat valgust sensoritesse, peab paagi vesi olema kristallselge. Nii puhas, et te isegi ei kujuta ette. Super-Kamiokandal läbib see pideva spetsiaalse mitmetasandilise puhastuse protsessi. Teadlased kiiritavad seda isegi ultraviolettvalgusega, et tappa kõik selles olevad võimalikud bakterid. Selle tagajärjel muutub ta selliseks, et võtab juba õuduse.
“Ülimalt puhastatud vesi võib midagi lahustada. Ülimalt puhastatud vesi on siin väga-väga ebameeldiv asi. Sellel on happelised ja leeliselised omadused,”ütleb Uchida.
"Isegi tilk seda vett võib põhjustada teile nii palju probleeme, millest te pole kunagi unistanud," lisab Vasco.
Inimesed seilavad paadiga Super-Kamiokande veehoidla sees.
Kui paagi sees on vaja teha hooldust, näiteks ebaõnnestunud andurite asendamiseks, peavad teadlased kasutama kummipaati (ülal pildil).
Kui Matthew Malek oli Sheffieldi ülikooli abiturient, oli tal ja veel kahel tudengil sarnane töö vedanud. Tööpäeva lõpuks, kui oli aeg ülakorrusele minna, lagunes spetsiaalselt selleks ette nähtud ripp-gondlikond. Füüsikutel polnud muud valikut, kui naasta paatide juurde ja oodata, kuni see parandatakse.
"Ma ei saanud sellest paadist selili lamades ja teistega vesteldes kohe aru, kuidas minu juustest väike osa, sõna otseses mõttes mitte rohkem kui kolme sentimeetri pikkune, seda vett katsus," räägib Malek.
Kuna nad hõljusid Super-Kamiokande sees ja teadlased ülakorrusel parandasid gondlit, ei muretsenud Malek millegi pärast. Ta muretses järgmisel hommikul vara, mõistes, et juhtus midagi kohutavat.
“Ärkasin kell 3 hommikul välja talumatu sügeluse pärast peas. See oli tõenäoliselt kõige hullem sügelus, mida ma oma elus kogenud olen. Hullem kui tuulerõuged, mis mul lapsena olid. See oli nii kohutav, et ma lihtsalt ei saanud enam magada,”jätkas teadlane.
Malek mõistis, et tilk vett, mis langes tema juuste otsa, "imes neist ära kõik toitained" ja nende puudus jõudis kolju. Ta tormas kiiruga duši alla ja veetis seal üle poole tunni, üritades oma juukseid tagasi saada.
Veel ühe loo rääkis Vasco. Ta kuulis, et 2000. aastal loputasid töötajad hoolduse ajal paagist vett ja leidsid alt mutrivõtme kontuuri.
„Ilmselt jättis selle võtme kogemata üks töötaja, kui nad 1995. aastal paagi veega täitsid. Pärast veega loputamist 2000. aastal leidsid nad, et võti oli lahustunud."
Super-Kamiokande 2.0
Hoolimata asjaolust, et Super-Kamiokande on juba väga suur neutriinodetektor, on teadlased teinud ettepaneku luua veelgi suurem installatsioon nimega Hyper-Kamiokande.
"Kui saame Hyper-Kamiokande ehitamiseks nõusoleku, on detektor tööks valmis 2026. aasta paiku," ütleb Vasco.
Kavandatud kontseptsiooni kohaselt on Hyper-Kamiokande detektor 20 korda suurem kui Super-Kamiokande. Plaanis on kasutada umbes 99 000 fotokordijat.
Nikolai Khizhnyak
