Super-Kamiokande får en opgradering til at se neutrinoer fra gamle supernovaer

Super-Kamiokande neutrino-observatoriet kan registrere forskellige slags neutrino-relaterede fænomener, herunder supernovaeksplosioner i vores egen galakse. Den er normalt fuld af rent vand, men den har for nylig modtaget en dosis af det sjældne jordartselement gadolinium. Dette vil også give observatoriet mulighed for at se supernovaeksplosioner i fjernere galakser.

Begravet 1 kilometer under jorden nær byen Hida i det centrale Japan er en enorm cylinder 40 meter høj og fyldt med 50 millioner liter vand. Dette er Super-Kamiokande neutrino-observatoriet, og siden 1996 har den observeret neutrinoer, subatomære partikler, fra solceller, ekstrasolar, terrestriske og kunstige kilder. Det registrerer disse partikler med meget følsomme optiske sensorer, der registrerer små lysglimt, der opstår, når en neutrino interagerer med et molekyle vand.

Sensorerne skal være meget følsomme, da neutrinohændelser er svære at registrere. Neutrinoer har så lidt masse, at de for det meste passerer gennem almindeligt stof, som om det ikke var der, kun interagerer sjældent. Ved at bygge observatoriet dybt under jorden, det hjælper med at blokere andre former for partikler og stråling, men tillader neutrinoer at komme ind i kammeret, lidt som et filter. De særlige kendetegn ved lysglimtene fortæller forskere om den slags neutrino, de lige har opdaget, da der er flere forskellige typer, der vedrører forskellige fænomener, der skaber dem.

Forskere er ivrige efter at observere især anti-elektronneutrinoer, da de kan fortælle os overraskende mange ting om vores univers. Selvom der tidligere er blevet opdaget en supernova i vores egen galakse, de forekommer kun sjældent, flere årtier fra hinanden. Så forskere ser længere væk til supernovaer, der skete for milliarder af år siden i fjerne galakser, men der er en fangst.

Neutrinosignaler fra disse fjerne supernovaer er meget svage og svære at skelne fra baggrundsstøj. De blinkende blink, der betegner en supernova -begivenhed, har brug for et løft for at hjælpe forskere med at udtrække signalet. Løsningen er at tilføre en urenhed til vandet, der skaber lyse blink som reaktion på neutroner forårsaget af antielektronneutrino-interaktioner, men ellers ikke påvirker observationerne ved Super-Kamiokande.

Forskere har blandet flere tons af elementet sjældne jordarter gadolinium i det ellers rene vand. Gadolinium interagerer med neutroner produceret af visse neutrino -interaktioner, og afgiver en let påviselig gammastråleblitz. Disse blink informerer indirekte forskere om de neutrinoer, der forårsagede dem. I første omgang, 13 tons af en gadoliniumforbindelse er blevet tilføjet, giver en gadoliniumkoncentration på ca. 0,01%. Forskere vil øge dette for yderligere at forbedre følsomheden over for neutrino -begivenheder.

"Med en gadoliniumkoncentration på 0,01% skal Super-Kamiokande detektere neutroner fra neutrino-kollisioner med 50% effektivitet, "sagde professor Masayuki Nakahata, der overvåger dette projekt." Vi planlægger at øge koncentrationen om et par år for at øge effektiviteten. Jeg håber, at vi kan observere neutrinoer fra gamle supernovaer inden for få år. "