Hyper-Kamiokande: a világ legnagyobb neutrínóobszervatóriuma épül fel Japánban
2020 / 01 / 04 / bobak.zsofia
Hyper-Kamiokande: a világ legnagyobb neutrínóobszervatóriuma épül fel Japánban
Meddig él egy proton? Csak a teóriák világában létezik protonbomlás, vagy a valóságban is? És ha igen, van rá esély, hogy mi is megfigyelhessük? A fizika égető kérdéseit válaszolhatja meg a 2020-as években felépülő hatalmas megaobszervatórium.

Ha álommelókról szóló listát olvasunk, feltűnhet, hogy az első helyeket mindig a hivatásos csoki-kóstolók, világot fizetésért körbeutazók, vagy vízicsúszda tesztelők kaparintják meg, a különböző tudományos munkakörök mintha nem nagyon képviseltetnék magukat. Pedig kevés izgalmasabb dolog létezik az életben, mint a világmindenség eredetét kutatni és betekintést kapni az univerzum mások szeme elől rejtve maradó rejtélyeibe. A részecskefizika alapvető célja, hogy az általunk ismert világ építőköveit azonosítsa és a közöttük létrejövő kölcsönhatásokat kutassa, a felfedezések egy része azonban csak az elegáns és izgalmas teóriákon keresztül valósul meg, mivel bizonyításukhoz nem áll rendelkezésre a megfelelő technika.{

A protonbomlás hipotézisét 1967-ben Andrej Szaharov alkotta meg, a kutatók pedig azóta igyekeznek megfigyelni a jelenséget, de eddig nem jártak sikerrel.

A proton élettartama nagyon hosszú, 1032 év, vagy akár végtelen is lehet. Összehasonlításképpen az univerzum életkorát tizenöt milliárd évre, azaz 1,5·1010 évre becsülik. Hogy mégis el tudják csípni a bomlás pillanatát és a valóságban is bizonyítani az elméletet, miszerint semmi sem stabil és minden mulandó, még a proton is, a tudósoknak speciális, földalatti laboratóriumokat kellett építenie. A földalatti lokáció azért volt hangsúlyos, mert a kísérletet védeni kellett a zavaró kozmikus sugárzástól. A világ több pontján ereszkedtek a használaton kívüli bányák és alagutak mélyére a tudósok, hogy a megépített óriási víztartályokban elkezdhessék a teszteket.

Az egyik leghatalmasabb ezek közül a Japánban 1982-ben felépített KAMIOKANDE (Kamioka Nucleon Decay Experiment) volt, mely háromezer tonna tiszta vizével és ezer fotoelektron-sokszorozó csövével (PMT) detektálta a protonok tevékenységét.

Protonbomlás jeleit azonban nem találta. Néhány évvel később átstrukturálták, hogy a kozmoszból érkező szellemrészecskéket, a napneutrínókat és a Tejútrendszeren belüli szupernóvákból származó részecskéket is észlelni tudja és sikerült is: a Nagy-Magellán-felhőben felrobbant szupernóva összeomlásakor útnak induló neutrínókat végre detektálták. De a valódi cél, a protonbomlás bizonyítása még mindig váratott magára.

Még sokkal nagyobb, még sokkal hatékonyabb laboratóriumra volt szükség. A grandiózus Szuper-Kamiokande elődjénél tízszer nagyobb, lenyűgöző méreteivel ’96-ban kezdte meg működését.

A körülbelül tízemeletes háznak megfelelő, negyvenkét méter magasságú, harminckilenc méter átmérőjű tartály ötvenezer tonnányi desztillált vizet tartalmaz, melyet tizenegyezer-egyszáz fotoelektron-sokszorozó vesz körbe. Egyszerre valószínűtlen, földöntúli és lenyűgöző látványt nyújt a hely, és rengeteg, eddig kivitelezhetetlen kísérletet sikerült megvalósítani a segítségével. Megfigyelik a vízben fénysebességgel száguldó és összeütköző részecskék által kibocsátott fényt, az ún. Cserenkov-sugárzást. A felvillanások mintájából, élességéből és gyakoriságából pedig következtetnek a neutrínók típusára. Azt tapasztalták, hogy a Napból érkező neutrínók váltogatják a típusokat, oszcillálnak. A kutatások nagy előrelépést jelentettek a kísérleti fizika számára, és a legnagyobb rejtély, a sötét anyag kutatásában a részecskék közelebbi megismerésének kiemelt szerepe lehet. De az eredeti célt, a proton lebomlását továbbra sem sikerült észlelni.

Ez vezette el a japán kormányt ahhoz a december 13.-án meghozott döntéséhez, hogy 65 milliárd jennel (177 milliárd forinttal) finanszírozza a még gigantikusabb, még inkább tudományos-fantasztikumba illő Hyper-Kamiokandét,

nemzetközi partnerekkel, Kanadával és az Egyesült Királysággal együttműködve. A detektor ezúttal hetvenegy méter mély és hatvannyolc méter széles lesz, kétszázhatvanezer tonna ultratiszta vízzel feltöltve. A kivitelezés eltér majd az eddigi módszerektől, egy meglévő bánya használata helyett most robbanótöltetekkel alakítják ki a megfelelő mélységű mélyedést. Óvatosnak kell lenniük, mert az új létesítmény alig 8 kilométernyire fekszik majd a Szuper-Kamiokandétól, a robbantások által keltett vibrációk pedig megzavarhatják a gravitációs-hullám detektorok működését. Ennek ellenére a meglévő helyszínhez közel szeretnének maradni a területen bőven megtalálható édesvíz utánpótlás miatt. A kutatók a világ minden táján izgatottak a bejelentés miatt, nem nyílik bármikor lehetőség olyan megfigyelésekre, mint amilyet a Hyper-K nyújtani tud. A csalóka neutrínók természetének kifürkészése továbbra is egyik leglényegesebb aspektusa a tervezett kísérleteknek. Immár nem csak a Napból, szupernóvákból vagy kozmikus sugárzásból hozzánk érkező részecskék analizálása lesz a feladat, hanem a részecskegyorsítókból „kiszökött” mesterséges sugarak figyelése is.

A csalóka neutrínó

A neutrínók rendkívül kicsi, az elektronoknál százezerszer kisebb méretű és így nagyon nehezen detektálható részecskék, méghozzá nem rendelkeznek sem pozitív, sem negatív töltéssel, emiatt nehezen kerülnek interakcióba a környezetükkel. A semleges neutrínók kölcsönhatásai olyan gyengék, hogy szinte akadálytalanul haladnak át bármilyen anyagon, éppen ezért van szükség ilyen nagy mennyiségű víz alkalmazására a fülön csípésükhöz. A részecskék és antianyag ellenpárjaik, az antineutrínók megértése ablakot nyithat a tudósok számára a legnagyobb misztériumok felé, mint például, hogy miért aszimmetrikus az anyag eloszlása az univerzumban, miért áll nagyrészt anyagból és hová tűnik az antianyag.

De a legnagyobb szenzációt, amire évtizedek óta várnak a fizikusok, a protonlebomlás bizonyítása jelentené. „Protonbomlást még sohasem észleltünk, így feltételezhetjük, hogy kivételesen ritka jelenség, ha egyáltalán megtörténik. Ez azt jelenti, hogy a protonok rendkívül hosszú átlagos élettartammal rendelkeznek, ami meghaladhatja a 1034 - en évet.” – mondta Masayuki Nakahata, a Tokió Egyetem fizikusa. A természet alapvető erőinek egyesítésére született mindenség elmélete megjósolja a lebomlás bekövetkezését, ha mégsem sikerül bizonyítani, az azt jelenti, hogy még az eddig elképzeltnél is hosszabb a protonok élete, a tudósoknak pedig továbbra is várniuk kell, hogy a részecskék változékony természete egyszer csak felfedje előttük titkait.

(Forrás: Nature, Fotó: Fcaebook/Super-Kamiokande, Flickr/caseorganic)


Ezek is érdekelhetnek

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.