| dr hab. Arkadiusz Bubak, prof. UŚ, mgr Jacek Holeczek, prof. dr hab. Jan Kisiel |
Pod koniec lipca w Japonii zakończono żmudne prace przy wydrążeniu olbrzymiej groty, która stanie się miejscem instalacji największego detektora neutrin na świecie – Hyper-Kamiokande. W projekt aktywnie zaangażowany jest również Uniwersytet Śląski w Katowicach, którego zespół realizuje zadania naukowe projektu.
Hyper-Kamiokande to międzynarodowy projekt badawczy prowadzony pod kierownictwem Uniwersytetu Tokijskiego i instytutu KEK, we współpracy z ośrodkami naukowymi z całego globu. Eksperyment ma na celu m.in. poszukiwanie rozpadu protonu, badanie asymetrii między neutrinami a antyneutrinami oraz rejestrowanie neutrin generowanych przez eksplozje supernowych. Wyniki uzyskane w Hyper-Kamiokande mogą pomóc w rozwikłaniu zagadek związanych z Teorią Wielkiej Unifikacji i zrozumieniem wczesnych etapów istnienia Wszechświata.
Prace przy wydrążeniu podziemnej komory trwały niemal trzy lata. Powstała przestrzeń ma formę cylindra z kopułą, o wysokości sięgającej niemal 100 metrów i średnicy około 70 metrów. To jeden z największych podziemnych obiektów na świecie, wykonanych w litej skale. W kolejnych fazach projektowych przestrzeń ta zostanie przekształcona w olbrzymi zbiornik wodny, wewnątrz którego umieszczone zostaną specjalnie zaprojektowane fotodetektory oraz powiązana z nimi elektronika. W budowę i rozwój Hyper-Kamiokande zaangażowanych jest obecnie ponad 600 specjalistów z 22 krajów, w tym silna reprezentacja z Polski, obejmująca 9 instytucji naukowych. Wśród nich znajduje się grupa fizyków z Instytutu Fizyki UŚ (dr Lakshmi Sandya Mohan, dr hab. Arkadiusz Bubak, prof. UŚ, mgr Jacek Holeczek i prof. dr hab. Jan Kisiel), która pracuje nad rozwijaniem oprogramowania do analizy oscylacji neutrin, a także uczestniczy w testach fotopowielaczy.
Hyper-Kamiokande będzie detektorem opartym na wykorzystaniu promieniowania Czerenkowa do wykrywania cząstek naładowanych, powstających w wyniku oddziaływań neutrin, oraz do pomiaru ich kierunku, oraz energii. Projektowany układ detekcyjny będzie ponad ośmiokrotnie większy (o masie wody wynoszącej 260 kiloton) niż funkcjonujący obecnie w Japonii Super-Kamiokande. Zaletą tego typu detektorów jest stosunkowo prosta zasada działania: neutrina rejestrowane są w dużej objętości niezwykle czystej wody, otoczonej detektorami światła – tzw. fotopowielaczami. Gdy neutrino wchodzi w interakcję z wodą, może dojść do powstania cząstek naładowanych, które poruszają się szybciej niż prędkość światła w wodzie. Skutkiem tego jest emisja promieniowania Czerenkowa, mającego formę stożka. Zjawisko to można porównać do fali uderzeniowej, która pojawia się, gdy obiekt przekracza prędkość dźwięku w powietrzu – tyle że tu dotyczy to światła w wodzie. Charakterystyczne błękitne promieniowanie jest rejestrowane w postaci świetlnych pierścieni przez fotopowielacze umieszczone na ścianach zbiornika. Na ich podstawie możliwe jest odtworzenie parametrów cząstki, która wygenerowała promieniowanie, a także samego neutrina.
Jednym z głównych wyzwań w budowie detektora Hyper-Kamiokande są imponujące rozmiary zbiornika – ma on kształt walca o wysokości 73 metrów i średnicy 69 metrów, co wymagało wykonania w litej skale odpowiednio przestronnej komory. Cała konstrukcja jest umieszczona około 600 metrów pod powierzchnią ziemi, aby skutecznie chronić detektor przed zakłóceniami wywoływanymi przez promieniowanie kosmiczne. Zarówno skala obiektu, jak i jego podziemna lokalizacja niosą ze sobą szereg nowych wyzwań technologicznych i eksperymentalnych – będzie to bowiem największa na świecie instalacja tego typu.
Więcej informacji na temat zakończenia drążenia można znaleźć na stronie: www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/detail/1006.
Strona projektu: www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/hk.
Wnętrze jaskini wydrążonej dla eksperymentu Hyper-Kamiokande (po lewej) oraz schemat eksperymentu (po prawej). Źródło: Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo. Kliknij zdjęcie, aby je powiększyć