Kako astronomi traže neutrine? Ove male čestice bez mase šibaju kroz univerzum brzinom koja je veoma blizu svetlosti. Proučavaju se od 1950-ih i njihovo otkrivanje pruža posao za niz veoma interesantnih opservatorija.
Na Antarktiku postoji IceCube, koji koristi kubni kilometar leda na Južnom polu kao sakupljač. Još jedan detektor neutrina, nazvan KM3Net, je u razvoju duboko ispod površine Sredozemnog mora. Pridružuje se postojećim detektorima širom sveta.
Sada, konzorcijum kineskih naučnika ima planove da razvije još jedan dubokovodni neutrinski „teleskop“ koji će biti obimniji od bilo koje trenutne tehnologije na mreži danas.
Prema rečima glavnog istraživača Chen Mingjuna iz Kineske akademije nauka, objekat će biti najveća neutrina opservatorija u radu. „To će biti detektor od 30 kubnih kilometara koji će se sastojati od preko 55.000 optičkih modula okačenih duž 2.300 žica“, rekao je Čen.
Neutrini dolaze iz više izvora širom univerzuma. Astronomi znaju da ih stvaraju energetski događaji, kao što je eksplozija supermasivne zvezde. Često nalet neutrina upozorava astronome na činjenicu da je supernova eksplodirala. Stižu do Zemlje pre nego što svetlost katastrofalnog događaja stigne ovde.
Neutrini (zajedno sa kosmičkim zracima) takođe dolaze od sunca, od zvezdanih eksplozija, od objekata koji se zovu blazari, a bilo je čak i neutrina stvorenih u Velikom prasku. Na Zemlji, oni potiču od raspadanja radioaktivnih materijala ispod površine, kao i od nuklearnih reaktora i akceleratora čestica.
Neutrina astronomija je način da se ove čestice (kao i kosmičke zrake) koriste za traženje njihovih izvora i razumevanje fizike iza njih. Neutrini nude priliku astronomima da „vide“ procese koje ne mogu uhvatiti na drugi način. To uključuje aktivnost u jezgru Sunca, skrivena jezgra galaksija, eksplozije gama zraka i događaje u galaksijama zvezdanih praska.
Uočavanje i merenje ovih čestica koje se brzo kreću, skoro bez mase nije lak zadatak. Oni ne stupaju u interakciju sa uobičajenom materijom, zbog čega ih je teško odrediti. U zavisnosti od toga odakle potiču, neutrini mogu putovati kroz mnogo svetlosnih godina svemira pre nego što stupe u interakciju sa međuzvezdanim gasom i prašinom, planetom ili zvezdom. Kada to urade, prolaze gotovo potpuno neometano. Ali, oni nakratko stupaju u interakciju sa materijom. Ta interakcija proizvodi druge detektivne reakcije i čestice.
Pošto su oni tako klizavi objekti, detektori neutrina moraju da imaju veliko „područje prikupljanja“ da bi otkrili dovoljno za proučavanje. Prve opservatorije za neutrino izgrađene su pod zemljom. To je izolovalo detektore od lokalnog „zagađenja“ zračenja. Detekcija zahteva izuzetno osetljivu opremu, a čak i ona najbolja na Zemlji meri samo nekoliko njih.
Neke opservatorije za neutrine koriste tečnost zvanu tetrahloretilen da „hvataju“ tragove neutrina koji prolaze kroz njih. Ovaj materijal možda bolje poznajete kao tečnost za hemijsko čišćenje. Kada neutrino pogodi atom hlora 37 u rezervoaru, on ga pretvara u atom argona-37. To je ono što instrumenti otkrivaju.
Drugi način za merenje neutrina je kroz ono što se zove Čerenkov detektor. Naziv se odnosi na Čerenkovljevo zračenje, koje se emituje kad god se naelektrisane čestice poput elektrona ili miona kreću kroz vodu, tešku vodu ili led. Naelektrisana čestica generiše ovo zračenje dok se kreće kroz detektorsku tečnost. To je metod koji koriste IceCube, KM4Net, jezero Baikal i drugi. Kineski podvodni detektor će poboljšati ovu metodu i krenuti u lov na neutrine u mnogo većem obimu.
Cilj izgradnje ovako obimnog teleskopa je otkrivanje neutrina visoke energije, ali Čen misli da možda postoji veza sa kosmičkim zracima. On očekuje da će neutrini koje objekat detektuje doprineti rešavanju vekovne naučne zagonetke o poreklu kosmičkih zraka.
Početkom 1900-ih, naučnici su otkrili da energetske čestice neprestano bombarduju Zemlju. Od tada, astronomi su pratili neutrine, kao i gama zrake iz svemira. 2021. godine, kineska velika opservatorija vazdušnih pljuskova na velikim visinama (LHAASO) u provinciji Sečuan otkrila je 12 izvora gama zraka. Oni verovatno potiču iz istih izvora kao i neki kosmički zraci.
Čen je rekao da je jedna popularna hipoteza da se visokoenergetski neutrini i gama zraci potencijalno proizvode istovremeno kada nastaju kosmički zraci visoke energije. „Ako možemo da otkrijemo dve čestice zajedno, možemo utvrditi poreklo kosmičkih zraka“, rekao je Čen. Tim želi da vidi da li sudari neutrina u njihovom detektoru proizvode sekundarne čestice. Oni bi trebalo da emituju svetlosne signale da ih vide njihovi podvodni detektori. Neka istraživanja već nagoveštavaju ovu mogućnost, a Čen veruje da bi detekcija neutrina mogla da prati poreklo ovog misterioznog svemirskog zračenja.
Većina članova tima provela je godine u proučavanju kosmičkih zraka, posebno kroz projekat LHAASO. Sada se spremaju da urade isto sa neutrinima u potpuno novom objektu. Nema sumnje da će lov na vanzemaljske neutrine iz dubokih voda predstavljati nove izazove. Podvodna oprema i operacije su veoma skupi. Pored toga, tim mora da razvije detektor koji može biti potpuno vodootporan. Međutim, posao je u toku, a tim je upravo završio prvo morsko ispitivanje za testiranje sistema detekcije na dubini od 1.800 metara pod vodom.
