Inuti Super-Kamiokande. Observatoriet är kantat med 13, 000 fotomultiplikatorrör som förstärker svaga ljusblixtar. Upphovsman:Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), University of Tokyo
Super-Kamiokande neutrino-observatoriet kan upptäcka olika typer av neutrino-relaterade fenomen, inklusive supernova -explosioner i vår egen galax. Det är normalt fullt av rent vatten, men den har nyligen fått en dos av det sällsynta jordartsmetoden gadolinium. Detta ger observatoriet också möjlighet att se supernovaexplosioner i mer avlägsna galaxer.
Begravd 1 kilometer under jorden nära staden Hida i centrala Japan är en enorm cylinder 40 meter hög och fylld med 50 miljoner liter vatten. Detta är Super-Kamiokande neutrino-observatoriet, och sedan 1996 har den observerat neutrinoer, subatomära partiklar, från solceller, extrasolär, markbundna och konstgjorda källor. Den upptäcker dessa partiklar med mycket känsliga optiska sensorer som registrerar små ljusglimtar som uppstår när en neutrino interagerar med en molekyl av vatten.
Sensorerna måste vara mycket känsliga eftersom neutrinohändelser är svåra att spela in. Neutrinoer har så liten massa att de mestadels passerar genom vanlig materia som om det inte fanns där, interagerar bara sällan. Genom att bygga observatoriet djupt under jorden, det hjälper till att blockera andra typer av partiklar och strålning men tillåter neutrinoer att komma in i kammaren, ungefär som ett filter. De specifika egenskaperna hos ljusblixtarna berättar för forskare om vilken typ av neutrino de just har upptäckt, eftersom det finns flera olika typer av olika fenomen som skapar dem.
Reliker från förr. Supernovor sker konstant men är så långt ifrån varandra att de resulterande neutrinerna blir mycket diffusa. Upphovsman:Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), University of Tokyo
Neutrino -interaktioner avger positroner och neutroner, neutroner träffar gadolinium som sedan avger gammastrålning. Upphovsman:Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), University of Tokyo
Forskare är angelägna om att observera anti-elektronneutriner i synnerhet eftersom de kan berätta för oss överraskande många saker om vårt universum. Även om en supernova i vår egen galax har upptäckts tidigare, de förekommer bara sällan, med flera decenniers mellanrum. Så forskare ser längre bort till supernovor som hände för miljarder år sedan i avlägsna galaxer, men det finns en fångst.
Neutrinosignaler från dessa avlägsna supernovor är mycket svaga och svåra att skilja från bakgrundsbrus. De blinkande blinkarna som betyder en supernovahändelse behöver ett uppsving för att hjälpa forskare att extrahera signalen. Lösningen är att lägga till en orenhet i vattnet som skapar ljusa blinkar som svar på neutroner orsakade av antielektronneutrino-interaktioner men påverkar inte observationerna vid Super-Kamiokande annars.
Forskare har blandat flera ton av det sällsynta jordartsmetoden gadolinium i det annars rena vattnet. Gadolinium interagerar med neutroner som produceras av vissa neutrino -interaktioner, och avger en lätt detekterbar gammastrålningsblixt. Dessa blixtar informerar indirekt forskare om neutrinoerna som orsakade dem. Initialt, 13 ton av en gadoliniumförening har lagts till, vilket ger en gadoliniumkoncentration av cirka 0,01%. Forskare kommer att öka detta för att ytterligare förbättra känsligheten för neutrinohändelser.
"Med en gadoliniumkoncentration på 0,01% Super-Kamiokande bör detektera neutroner från neutrino-kollisioner med 50% effektivitet, "sade professor Masayuki Nakahata som övervakar detta projekt." Vi planerar att öka koncentrationen om några år för att öka effektiviteten. Jag hoppas att vi kan observera neutrinoer från gamla supernovor inom några år. "
