Σε ένα συνέδριο τον Ιούνιο, ο φυσικός Joao A. B. Coelho του Γαλλικού Εργαστηρίου Αστροσωματιδίων και Κοσμολογίας παρουσίασε ένα έργο που μοιάζει με το σύστημα της Dorothy από την ταινία Twister: μια μεγάλη ομάδα σφαιρικών τεχνητών ματιών που μπορεί να μας βοηθήσουν να ανιχνεύσουμε ελαφρύτατα σωματίδια νετρίνων* από τον βυθό του ωκεανού.
Αυτοί οι «βολβοί των ματιών» είναι εγκλωβισμένοι σε μια σφαίρα και στη συνέχεια αυτές οι σφαίρες με τη σειρά τους εγκλωβίζονται σε μια άλλη σφαίρα. Μια τεράστια εγκατάσταση στον πυθμένα της θάλασσας στα ανοικτά των ακτών της Σικελίας θα μπορούσε να μας βοηθήσει να εντοπίσουμε περισσότερα από τα μυστηριώδη (αλλά άφθονα) νετρίνα του σύμπαντος.
Η πρόκληση της κατασκευής υποβρύχιων εγκαταστάσεων
Η κατασκευή εγκαταστάσεων κάτω από την θάλασσα είναι μια τεράστια πρόκληση. Σε βάθος περίπου 3.500 μέτρων στη Μεσόγειο, το μέρος ARCA της ερευνητικής εγκατάστασης KM3NeT αντιμετωπίζει περίπου 348 ατμόσφαιρες πίεσης.
Συγκρίνοντας με τη μία ατμόσφαιρα πίεσης που βιώνουμε στο επίπεδο της θάλασσας, μπορούμε να κατανοήσουμε την ένταση των συνθηκών σε τέτοιο βάθος.
Ωστόσο, κάτω από την επιφάνεια, οι αισθητήρες έχουν καλύτερη ευκαιρία να παρατηρήσουν νετρίνα επειδή είναι προστατευμένοι από κάποιο μέρος του ηλεκτρομαγνητικού θορύβου της επιφάνειας.
Πώς λειτουργούν οι αισθητήρες στο ARCA
Αυτές οι ομάδες αισθητήρων—που είναι συνδεδεμένες με κατακόρυφες ίνες μήκους 700 μέτρων—ανιχνεύουν και διαχωρίζουν τρία διακριτά επίπεδα θορύβου σωματιδίων.
Το πρώτο επίπεδο είναι ο φυσικά παρουσιαζόμενος «οπτικός θόρυβος», ο οποίος προέρχεται κυρίως από την αποσύνθεση του ραδιενεργού ισοτόπου καλίου 40. Αυτός ο θόρυβος είναι τόσο σταθερός που μπορεί να βοηθήσει στην βαθμονόμηση των οργάνων και μπορεί επίσης να αποκαλύψει νετρίνα που εκτοξεύονται από υπερκαινοφανείς.
Το δεύτερο επίπεδο του θορύβου προέρχεται από κοσμικές ακτίνες που χτυπούν την ατμόσφαιρα της Γης. Αυτές οι ακτίνες γίνονται πυροτεχνήματα σωματιδίων όταν συγκρούονται με τους πυρήνες των ατόμων στην ατμόσφαιρα. Αυτά τα σωματίδια, όπως εξήγησε ο Coelho, είναι μυόνια που αποσυντίθενται γρήγορα, δημιουργώντας οπτικό θόρυβο που μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για βαθμονόμηση και να βοηθήσει στην επίλυση κάποιων προβλημάτων με την ύπαρξη των μυονίων.
Τέλος, το τρίτο επίπεδο είναι όπου ανιχνεύουμε νετρίνα που προέρχονται από την ατμόσφαιρα της Γης. Κάποιες από τις κοσμικές ακτίνες που χτυπούν την ατμόσφαιρα μας δημιουργούν μυόνια που, με τη σειρά τους, αποσυντίθενται σε νετρίνα μυονίων.
Η σημαντικότητα των νετρίνων και η στρατηγική του ARCA
Τα νετρίνα είναι τόσο εξαιρετικά μικρά που μπορούν να περάσουν εύκολα σχεδόν μέσα από οτιδήποτε, συμπεριλαμβανομένου του νερού και της ίδιας της Γης. «Η Γη είναι μια εξαιρετική ασπίδα κοσμικών ακτίνων, αλλά τα νετρίνα δε νοιάζονται», εξήγησε ο Coelho. Έτσι, οι ίνες αισθητήρων στην εγκατάσταση ARCA μπορούν να ανιχνεύσουν αυτά τα μικρότερα σωματίδια, καθώς και πληροφορίες που μας δείχνουν ποιο είναι το «άρωμα» των νετρίνων.
Το Nature αναφέρει ότι το ARCA έχει ήδη ανιχνεύσει το πιο ενεργητικό νετρίνο μέχρι σήμερα και σε αντίθεση με τα ψυχρά νετρίνα που δημιουργούνται στην ατμόσφαιρά μας, αυτό πιθανότατα προέρχεται από κάτι «κατακλυσμικό» στο μακρινό σύμπαν.
Νετρίνο: Είναι ένα υποατομικό σωματίδιο που μοιάζει πολύ με ένα ηλεκτρόνιο, αλλά δεν έχει ηλεκτρικό φορτίο και πολύ μικρή μάζα, η οποία μπορεί να είναι ακόμη και μηδέν.