A JUNO beszáll az obszervatóriumok globális versenyébe, ahol olyan eszközök állnak a rajthoz, mint a továbbfejlesztett Super-Kamiokande Japánban és a Deep Underground Neutrino Experiment az Egyesült Államokban – ezeknek az obszervatóriumoknak közös a célja: a neutrínók titkainak megfejtése és az univerzumról alkotott ismereteink bővítése.

A csillagokból és galaxisokból ugyanis neutrínónak nevezett szellemszerű részecskék billiói haladnak át rajtunk folyamatosan, amelyek alig lépnek kölcsönhatásba az anyaggal. Az új kínai obszervatórium, a Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) célja éppen az, hogy soha nem látott érzékenységgel észlelje ezeket a megfoghatatlan részecskéket – legyen szó távoli, haldokló csillagokról vagy akár sokkal közelebbi célpontokról, tehát az atomerőművekről.

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.

Az univerzum tele van neutrínónak nevezett kísértetszerű részecskék billióival, amelyek távoli csillagokból, szupernóvákból, a Föld szikláiból, a Napból és más égi jelenségekből származnak – habár a számuk felfoghatatlan, a neutrínók alig lépnek kölcsönhatásba az anyaggal, és még az olyan masszív, jellemzően árnyékoló rétegeken is könnyen átslisszolnak, mint az acél vagy az ólom.

Ezen megfoghatatlan részecskék jobb megértése és észlelése érdekében építik a Jiangmen Underground Neutrino Observatory-t (JUNO) Kína Guangdong tartományában. A JUNO így tehát egy hatalmas neutrínódetektor lesz, amely 20-szor nagyobb, mint a legnagyobb eddigi hasonló eszköz. A jelenleg építés alatt álló és várhatóan 2024-től már üzemelő detektor azonban nem csak nagyobb lesz, de érzékenyebb is a neutrínók energiáinak kismértékű változásaira, mint bármely elődje.

A JUNO egyik legambiciózusabb célja, hogy észlelje a haldokló csillagokból származó neutrínókat, mielőtt azok szupernóvaként felrobbannának. A neutrínók várhatóan még a szupernóva robbanás során kibocsátott látható fény előtt érik el a Földet, így értékes korai figyelmeztetésként szolgálnak a csillagászoknak. Egy ilyen korai jelzés ugyanis segíthet a tudósoknak megfigyelni a szupernóva kezdeti szakaszait, aminek köszönhetően megérthetjük a kozmikus robbanások mögött meghúzódó törvényszerűségeket.

A lenti videóban az obszervatórium építését lehet megtekinteni:

Az obszervatórium a szupernóvák mellett sokkal közelebbi helyeken is kutat majd neutrínók után: ezek az atomreaktorok. A JUNO-hoz közeli Yangjiang és Taishan atomerőművek neutrínókat állítanak elő, és a fizikusok azt remélik, hogy a JUNO segítségével kostólót kapnak ezeknek a neutrínóknak az ízeiből. Ez egyébként nem csak egy metafora, a neutrínóknak valóban három úgynevezett “ízük” van: elektron-, tau- és müonneutrínó. A neutrínóoszcilláció pedig az kvantummechanikai jelenség, mely során a neutrínó háromfajta említett íze átalakul egymásba. A kísérlet lényege így az lesz, hogy a tudósok kiszámolják az egyes típusú neutrínók számát, amelyet az erőműnek kellene produkálnia, majd ezt összehasonlítják azzal, amit a JUNO-val ténylegesen is megfigyeltek – így jobban megérthetik a neutrínóoszcilláció jelenségét is.

A JUNO jelenleg tehát egy hatalmas ígéret, mind az asztrofizika, mind a kvantummechanika szempontjából – mint pedig John Beacom, az Ohio Állami Egyetem asztrofizikusa fogalmazott a detektor kapcsán:

“Nagyon valószínű, hogy meglepetésszerű felfedezések születnek, ahogy ez gyakran megtörténik, amikor erőteljes új kísérleteket hajtanak végre.”

A JUNO viszont nem az egyetlen nagy obszervatórium amely a neutrínók után kutat. A jelenlegi legnagyobb folyékony neutrínó detektor az említett japán Super-Kamiokande, és az ottani kutatók hatalmas fejlesztést terveznek, hogy az obszervatórium “szintet ugorjon”, és Hyper-Kamiokande legyen belőle. Az Egyesült Államok sem hagyja parlagon ezt a területet: jelenleg a Fermi National Accelerator Lab detektorát használják, és saját, több milliárd dolláros következő generációs obszervatóriumot is terveznek – ez lesz a cikkünkben már szintén előkerült Deep Underground Neutrino Experiment. Mire azonban ez az utóbbi két projekt beérik, még évek fognak eltelni, viszont tehát a JUNO már jövőre megkezdheti a működést. Vagyis ha a kínai obszervatórium tartja az ütemtervet, akkor ez fogja átszakítani a finist jelölő célszalagot.

Persze ennek a versenynek nem igazán lesz vesztese, mivel ezek az obszervatóriumok mind “kicsit szélesebbre tárják majd az ablakot, amelyből az Univerzumra tekintünk” – mint azt a Popular Science cikke írja a JUNO kapcsán. Vagy mint Beacom fogalmaz:

“A JUNO hatalmas előrelépés a neutrínófizika és az asztrofizika terén, és nagyon izgatottan várom, mi fog történni.”