Obserwatorium neutrin JUNO rusza
Przestrzeń
Zespół redakcyjny witryny poświęconej innowacjom technologicznym – 27 sierpnia 2025 r.
Duży, sferyczny detektor JUNO. Po prawej, pracownik inspekcyjny zbiornika, daje pojęcie o skali laboratorium. [Zdjęcie: JUNO Collaboration]
Hierarchia masy neutrin
Po ponad dekadzie przygotowań i budowy zbiornik obserwatorium neutrin JUNO został w pełni napełniony. Znalazło się w nim 20 000 ton ciekłego scyntylatora, substancji emitującej światło podczas interakcji z cząsteczkami, co umożliwia wykrywanie neutrin.
JUNO (Podziemne Obserwatorium Neutrino Jiangmen) jest pierwszym z nowej generacji dużych eksperymentów neutrinowych, który osiągnął ten etap. Wstępne testy wykazały, że kluczowe wskaźniki wydajności spełniły lub przekroczyły oczekiwania projektowe, co pozwoliło JUNO rozpocząć zbieranie danych wczoraj, 26 sierpnia.
Obserwatorium znajduje się w mieście Kaiping w Chinach, 700 metrów pod ziemią i około 53 km od kilku reaktorów jądrowych, które działają jako źródła neutrin.
Głównym celem JUNO będzie określenie hierarchii masy neutrin, czyli czy trzeci stan masowy (ν3) jest cięższy od drugiego (ν2).
Neutrina to cząstki elementarne, ale o tak małych masach, że ich pomiar jest bardzo trudny. Znamy trzy „zapachy” neutrin – neutrino elektronowe, neutrino mionowe i neutrino taonowe. Jednak te „zapachy” nie odpowiadają bezpośrednio ustalonym stanom masowym. Zamiast tego, wykrywane przez nas neutrina są mieszaniną trzech różnych stanów masowych, zwanych stanami masowymi 1, 2 i 3. Początkowym celem JUNO będzie znalezienie odpowiedzi na pytanie, jak uporządkowane są te trzy stany masowe.
Jest to cel odmienny od celu innego dużego obserwatorium neutrin, DUNE w USA, którego głównym zadaniem jest badanie naruszenia symetrii CP w neutrinach, co mogłoby wyjaśniać, dlaczego Wszechświat składa się z materii, a nie antymaterii .
„Zakończenie zapełniania detektora JUNO i rozpoczęcie zbierania danych stanowią kamień milowy w historii. Po raz pierwszy mamy działający detektor neutrin o takiej skali i precyzji. JUNO pozwoli nam odpowiedzieć na fundamentalne pytania dotyczące natury materii i Wszechświata ” – powiedział profesor Yifang Wang z Instytutu Fizyki Wysokich Energii (IHEP) w Chinach.
Dwa zdarzenia neutrinowe zarejestrowane podczas fazy rozruchu obserwatorium (5,7 MeV po lewej i 2,2 MeV po prawej). [Grafika: Współpraca JUNO]
Jak wygląda obserwatorium neutrin?
W przeciwieństwie do innych obserwatoriów neutrin, wyznaczanie rzędu masy przez JUNO jest niezależne od wpływu materii na Ziemię i w dużej mierze wolne od degeneracji parametrów. To pozwoli na poprawę precyzji różnych parametrów oscylacji neutrin (gdy jeden rodzaj neutrin przekształca się w inny) o rzędy wielkości i umożliwi badania neutrin pochodzących ze Słońca, supernowych, atmosfery i samej Ziemi. Obserwatorium umożliwi również eksplorację nieznanych aspektów fizyki, w tym poszukiwanie sterylnych neutrin i rozpadów protonów.
Ostrożne wstrzyknięcie 20 000 ton ciekłego scyntylatora do akrylowej kuli o średnicy 35,4 metra, wypierając wodę, zajęło sześć miesięcy. Cały proces miał na celu spełnienie rygorystycznych wymagań dotyczących czystości, przejrzystości optycznej i wyjątkowo niskiej radioaktywności. Jednocześnie zespół przeprowadził debugowanie, uruchomił i zoptymalizował detektor, umożliwiając płynne przejście do pełnej eksploatacji natychmiast po zakończeniu napełniania.
Scyntylator o masie 20 000 ton umieszczony jest w centrum 44-metrowego basenu z wodą. Konstrukcja ze stali nierdzewnej o średnicy 41,1 metra podtrzymuje 35,4-metrową akrylową kulę, scyntylator, 20 000 20-calowych fotopowielaczy (PMT), 25 600 3-calowych fotopowielaczy, podzespoły elektroniczne, okablowanie, cewki kompensacji antymagnetycznej oraz panele optyczne. Wszystkie fotopowielacze działają jednocześnie, przechwytując światło scyntylacyjne pochodzące z oddziaływań neutrin i przekształcając je w sygnały elektryczne.
Czas życia sondy JUNO został zaprojektowany na okres do 30 lat, a planowana jest już modernizacja, która umożliwi jej również poszukiwanie bezneutrinowego podwójnego rozpadu beta. Pozwoli to na zbadanie absolutnej skali mas neutrin i sprawdzenie, czy są one cząstkami Majorany, co pozwoli na zgłębienie fundamentalnych zagadnień z zakresu fizyki cząstek elementarnych, astrofizyki i kosmologii.
Inne wiadomości na temat:
inovacaotecnologica
