by Kas ir Super-Kamiokande?
Super-Kamiokande ir milzīgs pazemes daļiņu detektors, kas atrodas Japānā, 1 000 metru dziļumā zem zemes. Tas ir būvēts, lai uztvertu neitrīnus – gandrīz neredzamas daļiņas, kuras cauri Zemei lido triljoniem reižu katru sekundi, bet gandrīz nekad nesaskaras ar matēriju.
Neitrīni ir viena no visnoslēpumainākajām daļiņām dabā – tie gandrīz nemaz nereaģē ar parasto vielu, tāpēc tos ir ārkārtīgi grūti pētīt. Tie tomēr satur milzīgu informāciju par Saules darbību, supernovām, kosmisko starojumu un pat Visuma sākotni.
Kāpēc tas atrodas pazemē?
Lai atšķirtu īsto neitrīnu signālu no fona trokšņa (piemēram, kosmiskajiem stariem, radioaktīvā starojuma), detektors tika uzbūvēts dziļi zem kalniem – vecajās Kamioka cinka raktuvēs.
Zemes biezais slānis darbojas kā dabisks vairogs, kas aptur nevēlamos starus, bet ļauj cauri izlidot neitrīniem.
Kā tas izskatās?
Super-Kamiokande ir kā milzu pazemes ūdens rezervuārs:
- Cilindra forma – 39,3 m diametrs un 41,1 m augstums.
- 50 000 tonnas ultra-tīra ūdens – īpaši filtrēta, lai nebūtu nekādu piemaisījumu, kas varētu radīt nepatiesus signālus.
- Aptuveni 13 000 fotosensori (zelta bumbas uz sienām) – tie ir ārkārtīgi jutīgi detektori, kas spēj uztvert pat vienu gaismas fotonu.
Kad neitrīns saduras ar ūdens molekulu, rodas Čerenkova starojums – zilgana gaisma, kas līdzīga triecienviļņiem, tikai gaismā. Šos gaismas uzplaiksnījumus uztver sensori, un ar datoru palīdzību tiek aprēķināts neitrīna ceļš un enerģija.
Ko pēta Super-Kamiokande?
- Neitrīno svārstības
Atklājums, ka neitrīni maina savu “veidu” (elektroniskais, muona vai tau neitrīns), bija revolūcija. Tas pierādīja, ka neitrīniem ir masa – ko sākotnēji Standarta modelis neparedzēja. - Protona sabrukums
Teorētiski protons – visas matērijas pamatdaļiņa – var sabrukt pēc ārkārtīgi ilga laika. Ja tas tiktu pierādīts, tā būtu zīme, ka pastāv Lielās apvienošanas teorija (kas vieno visus dabas spēkus). Līdz šim Super-K ir pierādījis, ka protons dzīvo vismaz 10³⁴ gadus – daudz ilgāk nekā Visuma vecums. - Supernovas sprādzieni
Kad zvaigzne eksplodē, tā izstaro milzīgu daudzumu neitrīnu. Super-K ir gatavs reģistrēt nākamo supernovu mūsu galaktikā – tas ļaus ielūkoties zvaigznes kodolā brīdī, kad tā sabrūk. - Saules neitrīni
Detektors ļauj tieši pētīt procesus, kas notiek Saules kodolā, jo tur rodas neitrīni kodolsintēzes reakcijās. - Zemes iekšiene
Uztverot geoneitrīnus, iespējams pētīt Zemes iekšējās daļas un dabisko radioaktivitāti, kas ietekmē planētas siltumu.
Lielākie sasniegumi
-
- gadā Super-Kamiokande eksperimenti apstiprināja neitrīno svārstības – par šo darbu 2015. gadā tika piešķirta Nobela prēmija fizikā japāņu fiziķim Takaaki Kadžitai.
- Tas palīdzēja atrisināt “Saules neitrīno problēmu”, kas desmitgadēm mulsināja zinātniekus.
- Super-K dati ir noteikuši stingrus ierobežojumus protona sabrukumam.
Nākamais solis – Hyper-Kamiokande
Pašlaik Japānā tiek būvēts vēl milzīgāks detektors – Hyper-Kamiokande.
- Tas būs 10 reizes lielāks par Super-K.
- Saturēs vairāk nekā 250 000 tonnu ultra-tīra ūdens.
- Tiks izmantoti jaudīgāki fotosensori (40 000+ vienību).
- Darbu sāks aptuveni 2027. gadā.
Tas kļūs par pasaules lielāko neitrīno observatoriju, kas spēs sniegt atbildes uz jautājumiem par Visuma pirmsākumiem un matērijas-antimatērijas asimetriju.
Kāpēc tas ir svarīgi?
Super-Kamiokande palīdz risināt vienus no lielākajiem zinātnes noslēpumiem:
- Kāpēc eksistē matērija, bet gandrīz nav antimatērijas?
- Vai protons ir mūžīgs vai tomēr sadalās?
- Kā rodas elementārās daļiņas zvaigznēs un supernovās?
- Kāda ir Visuma dziļākā struktūra?
Šis detektors būtībā ir cilvēces teleskops, kas redz nevis gaismu, bet neredzamas daļiņas. Tas ļauj ielūkoties tajos Visuma procesos, kurus nav iespējams pamanīt ar optiskajiem teleskopiem.
