Sub Muntele Ikeno, Japonia, într-o mină veche, care se află la o mie de metri (3.300 de metri) sub suprafață, se află Observatorul Super-Kamiokande (SKO). Din 1996, când a început să efectueze observații, cercetătorii folosesc detectorul Cherenkov al acestei instalații pentru a căuta semne de descompunere a protonilor și neutrinilor din galaxia noastră. Aceasta nu este o sarcină ușoară, deoarece neutrinii sunt foarte dificil de detectat.
Dar, datorită unui nou sistem informatic care va putea monitoriza neutrinii în timp real, cercetătorii de la SKO vor putea cerceta aceste particule de mister mai îndeaproape în viitorul apropiat. În acest fel, speră să înțeleagă cum se formează stelele și, în cele din urmă, se prăbușesc în găuri negre, și se strecoară un vârf la modul în care materia a fost creată în Universul timpuriu.
Neutrino-urile sunt, pur și simplu, una dintre particulele fundamentale care alcătuiesc Universul. În comparație cu alte particule fundamentale, acestea au o masă foarte mică, fără sarcină și interacționează doar cu alte tipuri de particule prin forța nucleară slabă și gravitația. Acestea sunt create într-o serie de moduri, în special prin descompunerea radioactivă, prin reacțiile nucleare care alimentează o stea și în supernove.
În conformitate cu modelul Big Bang standard, neutrinii rămași de la crearea Universului sunt cele mai abundente particule existente. În orice moment dat, se crede că trilioane de particule se mișcă în jurul nostru și prin noi. Dar, din cauza modului în care interacționează cu materia (adică doar slab), sunt extrem de dificil de detectat.
Din acest motiv, observatoarele neutrino sunt construite în subteran adânc pentru a evita interferențele razelor cosmice. De asemenea, se bazează pe detectoarele Cherenkov, care sunt în esență rezervoare masive de apă, care au mii de senzori care își aliniază pereții. Acestea încearcă să detecteze particulele, deoarece acestea sunt încetinite până la viteza locală a luminii (adică viteza luminii în apă), ceea ce se evidențiază prin prezența unei străluciri - cunoscută sub numele de radiația Cherenkov.
Detectorul de la SKO este în prezent cel mai mare din lume. Este format dintr-un rezervor cilindric de oțel inoxidabil care are 41,4 m (136 ft) înălțime și 39,3 m (129 ft) în diametru și deține peste 45.000 tone metrice (50.000 tone SUA) de apă ultra-pură. În interior, sunt montate 11.146 tuburi fotomultiplicatoare, care detectează lumina în raza ultravioletă, vizibilă și în infraroșu aproape a spectrului electromagnetic cu sensibilitate extremă.
Ani de zile, cercetătorii de la SKO au folosit instalația pentru a examina neutrinii solari, neutrinoii atmosferici și neutrinoii artificiali. Cu toate acestea, cele care sunt create de supernove sunt foarte dificil de detectat, deoarece apar brusc și greu de diferențiat de alte tipuri. Cu toate acestea, cu noul sistem computerizat, cercetătorii din Super Komiokande speră că se vor schimba.
După cum a explicat Luis Labarga, fizician la Universitatea Autonomă din Madrid (Spania) și membru al colaborării, într-o declarație recentă către Serviciul științific de știri (SINC):
„Exploziile de Supernova sunt unul dintre cele mai energice fenomene din univers și cea mai mare parte a acestei energii este eliberată sub formă de neutrini. Acesta este motivul pentru care detectarea și analizarea neutrinilor emiți în aceste cazuri, altele decât cele de la Soare sau alte surse, este foarte importantă pentru înțelegerea mecanismelor de formare a stelelor neutronice - un tip de rămășiță stelară - și a găurilor negre ”.
Practic, noul sistem informatic este conceput pentru a analiza în timp real evenimentele înregistrate în profunzimea observatorului. Dacă detectează un flux anormal de mare de neutrini, va avertiza rapid experții care controlează controalele. Vor putea apoi să evalueze semnificația semnalului în câteva minute și să vadă dacă acesta provine de fapt dintr-o supernovă din apropiere.
„În timpul exploziilor de supernove, un număr enorm de neutrini este generat într-un spațiu de timp extrem de mic - câteva secunde - și de aceea trebuie să fim gata”, a adăugat Labarga. „Acest lucru ne permite să cercetăm proprietățile fundamentale ale acestor particule fascinante, cum ar fi interacțiunile lor, ierarhia lor și valoarea absolută a masei lor, timpul de înjumătățire, și cu siguranță alte proprietăți pe care încă nu ni le putem imagina.”
La fel de important este faptul că acest sistem va oferi SKO capacitatea de a emite avertismente timpurii centrelor de cercetare din întreaga lume. Observatoarele de la sol, unde astronomii sunt dornici să urmărească crearea neutrinilor cosmici de către supernove, vor putea apoi să îndrepte în avans toate instrumentele lor optice către sursă (deoarece semnalul electromagnetic va dura mai mult până ajunge).
Prin acest efort de colaborare, astrofizicienii pot fi capabili să înțeleagă mai bine unii dintre cei mai evazivi neutrini dintre toate. Discernând modul în care aceste particule fundamentale interacționează cu altele ne-ar putea aduce cu un pas mai aproape de o Mare Teorie Unificată - unul dintre obiectivele majore ale Observatorului Super-Kamiokande.
Până în prezent, doar câțiva detectori de neutrino există pe lume. Acestea includ detectorul Irvine-Michigan-Brookhaven (IMB) din Ohio, Observatorul Subdury Neutrino (SNOLAB) din Ontario, Canada și Observatorul Super Kamiokande din Japonia.
