Táto krásna zlatá komora obsahuje vodu takú čistú, že dokáže rozpustiť kov

Neutrínový detektor Super-Truck. (Kamioka Observatory, ICRR, The University of Tokyo)

Skryté 1000 metrov (3300 stôp) pod horou Ikeno v Japonsku je miesto, ktoré vyzerá ako sen superzloduchov.

Super-Kamiokande (alebo 'Super-K', ako sa niekedy označuje) je a neutrína detektor. neutrína sú subatómové častice, ktoré sa pohybujú priestorom a prechádzajú pevnou hmotou, akoby to bol vzduch.

Štúdium týchto častíc pomáha vedcom odhaliť umierajúce hviezdy a dozvedieť sa viac o vesmíre. Business Insider hovoril s tromi vedcami o tom, ako funguje obrovská zlatá komora - a o nebezpečenstvách vykonávania experimentov v nej.



Vidieť subatómový svet

Neutrína sa dajú veľmi ťažko odhaliť, a to natoľko, že ich Neil deGrasse nazval „najpolapiteľnejšou korisťou vo vesmíre“.

V tomto videu vysvetľuje že detekčná komora je pochovaná hlboko v zemi, aby zabránila iným časticiam dostať sa dovnútra.

„Hmota nepredstavuje pre neutrína žiadnu prekážku,“ hovorí. 'Neutríno by mohlo prejsť cez sto svetelných rokov ocele bez toho, aby sa čo i len spomalilo.'

Ale prečo ich vôbec chytať?

„Ak existuje supernova, hviezda, ktorá sa zrúti do seba a zmení sa na a čierna diera “ povedal Yoshi Uchida z Imperial College London pre Business Insider.

'Ak sa to stane v našej galaxii, niečo ako Super-K je jedným z mála objektov, ktoré z nej môžu vidieť neutrína.'

Predtým, ako sa hviezda začne zrútiť, vystrelí neutrína, takže Super-K funguje ako akýsi systém včasného varovania, ktorý nám hovorí, kedy si máme dávať pozor na tieto oslnivé kozmické udalosti.

'Výpočty na zadnej strane obálky hovoria, že to bude približne raz za 30 rokov, keď supernova exploduje v takom rozsahu, aký môžu vidieť naše detektory,' povedal Uchida. 'Ak zmeškáte jednu, budete musieť čakať v priemere ďalších niekoľko desaťročí, aby ste videli ďalšiu.'

Vystreľovanie neutrín cez Japonsko

Super-K nezachytáva len neutrína prší z vesmíru.

Nachádza sa na opačnej strane Japonska v Tokai Experiment T2K vyžaruje neutrínový lúč 295 km (183 míľ) cez Zem, ktorý má byť zachytený v Super-K na západnej strane krajiny.

Štúdium spôsobu, akým sa neutrína menia (alebo „oscilujú“) pri prechode hmotou, nám môže povedať viac o pôvode vesmíru, napríklad o vzťahu medzi hmotou a antihmotou.

(Kamioka Observatory, ICRR, The University of Tokyo)

'Naša veľký tresk modely predpovedajú, že hmota a antihmota mali byť vytvorené v rovnakých častiach,“ povedal Morgan Wascko z Imperial College Business Insider, „ale teraz [väčšina] antihmoty tak či onak zmizla.“

Štúdium neutrín môže byť jedným zo spôsobov, ako zistiť, ako k tomu došlo.

Ako Super-K zachytáva neutrína

Super-Kamiokande, pochovaný 1000 metrov pod zemou, je veľký ako 15-poschodová budova a vyzerá trochu takto.

Schéma super-nákladného auta. (Kamioka Observatory, ICRR, The University of Tokyo)

Obrovská nádrž je naplnená 50 000 tonami ultračistej vody. Je to preto, že pri cestovaní vodou sú neutrína rýchlejšie ako svetlo.

Takže keď neutríno cestuje vodou, „bude produkovať svetlo rovnakým spôsobom, akým Concord vytváral zvukové tresky,“ povedal Uchida.

„Ak sa lietadlo pohybuje veľmi rýchlo, rýchlejšie ako rýchlosť zvuku, potom bude produkovať zvuk – veľkú rázovú vlnu – spôsobom, ktorý pomalší objekt nevytvorí. Rovnakým spôsobom častica prechádzajúca vodou, ak ide rýchlejšie ako rýchlosť svetla vo vode, môže tiež vytvoriť rázovú vlnu svetla.“

Komora je obložená 11 000 cibuľkami zlatej farby. Ide o neuveriteľne citlivé svetelné detektory nazývané Photo Multiplier Tubes, ktoré dokážu zachytiť tieto rázové vlny. Tu je jeden zblízka:

Toto je fotonásobič. Toto je zobrazovací model PMT používaného v neutrínovom observatóriu SuperKamiokande #pmt #photomultipliertube #superkamiokande #neutrino #physics #particlephysics #japan

Príspevok zdieľaný používateľom Kim Nielsen (@knielsen73) 28. mája 2018 o 7:08 PDT

Wascko ich opisuje ako „obrátený znak žiarovky“. Jednoducho povedané, dokážu rozpoznať aj nepatrné množstvo svetla a premeniť ho na elektrický prúd, ktorý je možné následne pozorovať.

Strašne čistá voda

Aby sa svetlo z týchto rázových vĺn dostalo k senzorom, voda musí byť čistejšia, než si dokážete predstaviť. Super-K ho neustále filtruje a prečisťuje a dokonca ho ožiari UV svetlom, aby zabil všetky baktérie.

Čo to vlastne robí dosť strašidelným.

„Voda, ktorá je ultračistá, čaká na to, aby sa v nej rozpustili látky,“ povedal Uchida. „Čistá voda je veľmi, veľmi škaredá vec. Má vlastnosti kyseliny a zásady.“

'Ak by ste sa namočili do tejto ultračistej vody Super-K, dostali by ste dosť exfoliáciu,' povedal Wascko. 'Či to chceš alebo nie.'

Ľudia na lodi v Super-Kamiokande. (Kamioka Observatory, ICRR, The University of Tokyo)

Keď Super-K potrebuje údržbu, výskumníci musia ísť von na gumených člnoch (pozri vyššie), aby opravili a vymenili senzory.

Matthew Malek z University of Sheffield a dvaja ďalší robili údržbu z člna, keď bol doktorandom.

Na konci dennej práce sa pokazila gondola, ktorá bežne vozí fyzikov dovnútra a von z nádrže, takže on a dvaja ďalší museli chvíľu sedieť. Kopali späť do člnov a fúkal vánok.

„Čo som si neuvedomil, keď sme ležali v týchto člnoch a rozprávali sa, že kúsok mojich vlasov, pravdepodobne nie viac ako tri centimetre, bol ponorený do vody,“ povedal Malek pre Business Insider.

Keďže v tom čase vypúšťali vodu zo Super-K, Malek si nerobil starosti s jej kontamináciou. Ale keď sa na druhý deň ráno o 3:00 zobudil, došlo mu hrozné zistenie.

„Vstal som o tretej hodine ráno s najsvrbiacou pokožkou hlavy, akú som kedy v živote mal,“ povedal. „Svrbí to viac ako ovčie kiahne ako dieťa. Tak ma to svrbelo, že som nemohol spať.“

Uvedomil si, že voda vylúhovala živiny z jeho vlasov cez končeky a že tento nedostatok živín sa prepracoval až k jeho pokožke hlavy. Rýchlo skočil do sprchy a pol hodiny strávil energickou úpravou vlasov.

Ďalší príbeh pochádza od Wascka, ktorý sa dopočul, že v roku 2000, keď bola nádrž úplne vypustená, výskumníci našli na jej dne obrys kľúča.

„Zrejme tam niekto nechal kľúč, keď ho v roku 1995 napĺňali,“ povedal. 'Keď to v roku 2000 vypustili, kľúč sa rozpustil.'

Super-K 2.0

Super-Kamiokande môže byť masívny, ale Wascko pre Business Insider povedal, že bol navrhnutý ešte väčší neutrínový detektor s názvom „Hyper-Kamiokande“.

„Snažíme sa, aby bol tento experiment Hyper-Kamiokande schválený a spustil by sa približne v roku 2026,“ povedal.

Hyper-K by bol 20-krát väčší ako Super-K, pokiaľ ide o samotný objem, a s približne 99 000 svetelnými detektormi v porovnaní s 11 000.

Tento článok pôvodne publikoval Business Insider .

Viac od Business Insider:

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.