Най-големият неутрино детектор е полу завършен

Най-големият детектор на неутрино-частици, IceCube се строи в момента на Южния Полюс. Той се състой от 80 на брой въжета с накачени общо 4800 детектора по тях и спуснати на 2,5км. дълбочина в антарктическите ледове.

Репортер на NewScientist посети мястото, където в 2010г. ще бъде завършен най-мащабния проект за засичане на неутрино до сега. Той остана смаян от технологията и невероятните условия, при които работят екипите на проекта.

Работниците първо копаят дупка с диаметър 50см. и невероятната дълбочина от 2500м. Това става, чрез половин тонна сонда с дюза на върха, от която изхвърля гореща вода с налягане 30 атмосфери, 750 литра в минута! Ледът се топи мигновено пред върха на дюзата и така сондата потъва лесно заради огромното си тегло. Малкият тунел е толкова точно прокопан, че най-долу може да има максимум 1м. изместване. За сондажа на 1 дупка са нужни 20 000 литра гориво, всяка капка, от които е докарана от американски военни самолети. Целият този процес протича в рамките на 24 часа. Веднага след това вечерната смяна почва да спуска внимателно кабел със 60 свръх-технологични детектора, всеки с диаметър 30см. Работниците вече са усвоили процеса до съвършенство за 2 години работа и спускането на 1 кабел с "мъниста" им отнема около 9-10 часа. Работата не е толкова деликатна, но условията са жестоки: дори през лятото посред бял ден температурите са около -25°C, а страшният вятър прави да изглеждат по-скоро като -40°C. Също така работниците са затуднени и от невероятно дебелите дрехи и екипировка, които не са никак удобни за такава деликатна работа. За този са спуснали рекордните 18 кабела и с това темпо очакват детектора, който ще обхваща 1 кубичен километър лед, да е готов до 2010г.

Всичко това звучи много грандиозно, но защо изобщо се нуждаем от нещо толкова масивно за засичане на някакви си частици и защо именно на Южния Полюс?

Ами проблемът с неутриното е, че за да се засечат такива частици, трябва да наблюдавате огромно количество прозрачен материал, като например вода или воден лед. Всъщност неутриното е толкова трудно за засичане, че едва скоро учените разбраха, чрез водни детектори в Япония и Канада, че тези частици изобщо имат някаква маса.

До сега е имало всякакви проекти за неутрино-детектори. DUMAND (Deep underwater Muon and Neutrino Detector), който датира от 70-те години, беше потопен в Тихия Океан, но поради нисък бюджет проекта беше прекратен. След него имаше много други - от детектор в ез. Байкал, Сибир, до ANTARES в средиземно море.

Какво по-добро място за такъв проект от Антарктика? Хиляди кубични километри чист лед, няма подводни течения, които да смущават детекторите, няма да се хваща тиня и водорасли по тях.

IceCube на Южния Полюс засича неутрино, чрез реакцийте му с ядрата на атомите на леда. При това взаимодействие се образува нова частица - мюон, който се движи по-бързо от светлината в леда. Това ускорение на мюона над скоростта на светлината в тази среда създава така наречения Ефект на Черенков, който в прозрачен материал се изразява най-често със синя светлина. Детекторите на IceCube следят именно за тази светлина и чрез засичане на мюона, могат с невероятна точност да проследят траекторията на неутрино частицата. Обикновено дори с най-големите детектори учените засичат главно неутрино от Слънцето, но с IceCube се надяват да наблюдават частици от най-силно енергийните събития във Вселената, като активни галактически центрове, микро-квазари и ултра-големи експлозии - все феномени, захранвани от супер масивни черни дупки. Тези обекти излъчват и в други части на спектъра, но само неутриното достига директно до нас, защото практически преминава през всичко. Гама-лъчите биват погълнати от космическата микровълнова фонова радиация, а космическите лъчи се отклоняват много лесно от магнитни полета и когато стигнат до Земята изобщо не сме сигурни за оригиналната посока, от която са дошли.

IceCube всъщност си има предшественик на име AMANDA. Той се намира на същото място в Антарктида, състои се от 19 кабела с общо 680 детектора, но на по-плитка дълбочина и работи в продължение на 6 години до 2006. Детекторът беше засече общо 7500 неутрино за целия си период на работа. Сега AMANDA е вграден в инфраструктурата на IceCube и новият детектор се очаква да засича по 50 000 високо-енергийни неутрино на само за една година.

Според теорийте ледът на Южния Полюс трябваше да не съдържа мехурчета под 400м. дълбочина, но когато екипът спуснал AMANDA на дълбочина 1км. видял, че ледът е пълен с мехури, които пречат на точно проследяване на Ефекта на Черенков. На 2км. вече тежестта на леда бил превърнал мехурчетата в кристали с доста по-близък индекс на пречупване до този не леда, което е добре за детекторите.

Франсис Халзен, един от ръководителите на проекта, е малко обезпокоен, че не знаем почти нищо за движението на леда върху твърдото скално легло отдолу. Детекторите се очаква да работят с десетилетия, но ако ледът се движи прекалено бързо, това може да застраши оперативното време на проекта.

През изминалите 2 сезона на работа, екипите са инсталирали и няколко екстра детектора около дупките за IceCube, които следят за радио и звукови вълни в леда. По този начин трябва да се открият GZK-неутрино. Предполага се, че тези частици са създадени при интеракцията на ултра-мощни космически лъчи с космическия микровълнов фон. Според физиците, когато GZK-неутрино с енергия от 1020 електронволта навлезе в леда, трябва да създаде радио-еквивалента на звуковите експлозии, които се чуват при движение на летателни апарати над скоростта на звука.

IceCube ще бъде завършен 2010г., но учените няма нужда да чакат пълен комплект детектори, за да започнат работа. Вече тече трескава научна дейност в лабораторията на повърхността над детектора. Още по вълнуваща е идеята, че биват засичани неутрино, който идват от долу, т.е. са преминали през цялата планета.