Under Ikeno-fjellet, Japan, i en gammel gruve som sitter tusen meter under overflaten, ligger Super-Kamiokande observatorium (SKO). Siden 1996, da det begynte å foreta observasjoner, har forskere brukt Cherenkov-detektoren til dette anlegget for å se etter tegn på protonforfall og nøytrinoer i vår galakse. Dette er ingen enkel oppgave, siden nøytrinoer er veldig vanskelige å oppdage.
Men takket være et nytt datasystem som vil kunne overvåke nøytrinoer i sanntid, vil forskerne ved SKO kunne undersøke disse mysteriene-partiklene nærmere i løpet av en nær fremtid. På den måten håper de å forstå hvordan stjerner dannes og til slutt kollapser i sorte hull, og sniker seg en topp på hvordan materien ble skapt i det tidlige universet.
Nøytrinoer er ganske enkelt en av de grunnleggende partiklene som utgjør universet. Sammenlignet med andre grunnleggende partikler har de veldig liten masse, uten ladning, og samhandler bare med andre typer partikler via den svake atomkraften og tyngdekraften. De er skapt på flere måter, spesielt gjennom radioaktivt forfall, atomreaksjonene som driver en stjerne, og i supernovaer.
I samsvar med standard Big Bang-modellen er nøytrinoene som er til overs fra opprettelsen av universet de mest tallrike partiklene som finnes. Når som helst antas at billioner av disse partiklene beveger seg rundt oss og gjennom oss. Men på grunn av måten de interagerer med materie (dvs. bare svakt) er de ekstremt vanskelige å oppdage.
Av denne grunn er nøytrinoobservatorier bygget dypt under jorden for å unngå forstyrrelser fra kosmiske stråler. De er også avhengige av Cherenkov-detektorer, som i hovedsak er massive vanntanker som har tusenvis av sensorer foring på veggene. Disse prøver å oppdage partikler når de bremses ned til den lokale lyshastigheten (dvs. lysets hastighet i vann), noe som blir tydeliggjort av tilstedeværelsen av en glød - kjent som Cherenkov-stråling.
Detektoren ved SKO er for tiden den største i verden. Den består av en sylindrisk rustfri ståltank som er 41,4 m (136 fot) høy og 39,3 m (129 fot) i diameter, og har over 45 000 tonn (50 000 amerikanske tonn) ultra-rent vann. I det indre er 11 146 fotomultiplikatorrør montert, som detekterer lys i det ultrafiolette, synlige og nærinfrarøde området i det elektromagnetiske spekteret med ekstrem følsomhet.
I årevis har forskere ved SKO brukt anlegget for å undersøke solnøytrinoer, nøytrinoer i atmosfæren og menneskeskapte nøytrinoer. Imidlertid er de som er skapt av supernovaer svært vanskelige å oppdage, siden de vises plutselig og vanskelig å skille fra andre slag. Imidlertid, med det nylig tillagte datasystemet, håper Super Komiokande-forskerne at det vil endre seg.
Som Luis Labarga, en fysiker ved det autonome universitetet i Madrid (Spania) og medlem av samarbeidet, forklarte i en nylig uttalelse til Scientific News Service (SINC):
“Supernova-eksplosjoner er et av de mest energiske fenomenene i universet, og mesteparten av denne energien frigjøres i form av nøytrinoer. Dette er grunnen til å oppdage og analysere nøytrinoer som slippes ut i disse tilfellene, bortsett fra solen eller andre kilder, er veldig viktig for å forstå mekanismene i dannelsen av nøytronstjerner - en type stjernerester og sorte hull ”.
I utgangspunktet er det nye datasystemet designet for å analysere hendelsene som er registrert i observatoriets dyp i sanntid. Hvis den oppdager en unormalt stor strøm av nøytrinoer, vil den raskt varsle ekspertene om å bemanne kontrollene. De vil da kunne vurdere betydningen av signalet i løpet av få minutter og se om det faktisk kommer fra en nærliggende supernova.
"Under supernovaeksplosjoner genereres et enormt antall nøytrinoer i et ekstremt lite tidsrom - noen få sekunder - og det er derfor vi må være klare," la Labarga til. "Dette lar oss undersøke de grunnleggende egenskapene til disse fascinerende partiklene, for eksempel deres interaksjoner, deres hierarki og den absolutte verdien av deres masse, deres halveringstid og sikkert andre egenskaper som vi fremdeles ikke en gang kan forestille oss."
Like viktig er det faktum at dette systemet vil gi SKO muligheten til å gi tidlig advarsler til forskningssentre over hele verden. Jordbaserte observatorier, der astronomer er opptatt av å se på opprettelsen av kosmiske nøytrinoer av supernova, vil da kunne peke alle sine optiske instrumenter mot kilden på forhånd (siden det vil ta lengre tid å komme frem det elektromagnetiske signalet).
Gjennom denne samarbeidsinnsatsen kan astrofysikere kanskje bedre forstå noen av de mest unnvikende nøytrinoene av alle. Å se hvordan disse grunnleggende partiklene samhandler med andre, kan bringe oss et skritt nærmere en Grand Unified Theory - et av hovedmålene til Super-Kamiokande Observatory.
Til dags dato er det bare noen få nøytrino-detektorer i verden. Disse inkluderer Irvine-Michigan-Brookhaven (IMB) detektoren i Ohio, Subdury Neutrino Observatory (SNOLAB) i Ontario, Canada og Super Kamiokande Observatory i Japan.
