Abaixo do Monte Ikeno do Japão está um detector de partículas deslumbrante

O impressionante Super-Kamiokande está escondido sob uma montanha no Japão para detectar neutrinos disparados de supernovas.

O detector de neutrinos Super-Kamiokande quase esvaziou de sua água superpuraO detector de neutrinos Super-Kamiokande quase esvaziou sua água superpura (Universidade de Tóquio)

Neutrinos subatômicos estão passando por nós e tudo ao nosso redor o tempo todo. Para cada centímetro quadrado, estima-se que cerca de 65 bilhões deles percorrem cada segundo. Eles passam despercebidos porque são extremamente pequenos e, mais importante, não carregam carga elétrica. Como resultado, eles são imunes às forças eletromagnéticas que podem nos permitir detectá-los e estudá-los como fazemos com outras partículas. Como Notas de Neil DeGrasse Tyson , os neutrinos poderiam 'passar por cem anos-luz de aço sem nem mesmo desacelerar'. E então os cientistas construíram o detector de neutrinos Super-Kamiokande incrivelmente maciço e dourado para capturar alguns.


Super-Kamiokande, ou “Super K,” é subterrâneo - bem subterrâneo - 1.000 metros abaixo do Monte Ikeno no Japão.





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Local do Monte Ikeno no inverno (Universidade de Tóquio)

Outras partículas não podem alcançar Super K devido à pedra circundante e suas paredes de aço, mas a matéria não representa obstáculo para os neutrinos.

É uma estrutura incrível contendo água super pura, 50.000 toneladas dela em um tanque cilíndrico de aço inoxidável com 41,4 metros de altura e 39,3 metros de diâmetro. O tanque é revestido com 11.146 tubos fotomultiplicadores (PMT) que se iluminam ao detectar neutrinos interagindo com a água. Os tubos têm pontas de ouro, o que torna o Super K tão visualmente deslumbrante. Ele começou a operar em 1996, um sucessor do detector Kamiokande original, menor. Super K detectou suas primeiras oscilações de neutrinos dois anos depois.



Por que os neutrinos são importantes?

Neutrinos são partículas elementares emitidas quando uma estrela começa a se transformar em uma supernova e, eventualmente, em um buraco negro. (Existem três tipos de neutrinos: múon, elétron e tau.) O Super K pode, portanto, fornecer um aviso prévio aos astrônomos de que tal evento está prestes a ocorrer. Em 23 de fevereiro de 1987, a instalação original de Kamiokande detectou neutrinos de uma supernova na Grande Nuvem de Magalhães, confirmando a ligação entre explosões de supernova e neutrinos, e como Planeta divertido coloca, significando 'uma nova era na astronomia de neutrinos'.

Em geral, os neutrinos são partículas fascinantes cujo comportamento pode permitir aos cientistas saber como o universo funciona. Eles podem nos ajudar, por exemplo, a entender mais sobre a antimatéria. Como Morgan Wascko do Imperial College diz Business Insider , 'Nossos modelos de big bang preveem que a matéria e a antimatéria deveriam ter sido criadas em partes iguais, mas agora a antimatéria desapareceu de uma forma ou de outra.' O comportamento do neutrino pode fornecer a chave para entender o porquê.

Além dos neutrinos do espaço, Super K é o terminal dos neutrinos disparados em feixes do Instalação J-Park em Tokai, Japão, a 295 quilômetros de distância, como parte do T2K (Tokai para Kamioka) projeto.



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(T2K)

Algumas centenas de neutrinos detectados em Super K a cada ano são de T2K. O objetivo deste projeto é analisar as oscilações de neutrinos de múons para elétrons. O projeto anunciou as primeiras indicações dessas oscilações em 2011. O projeto também estuda oscilações de múon a tau que outros detectores identificaram.

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Foi dito que os PMTs são muito parecidos com uma lâmpada ao contrário: uma lâmpada recebe uma voltagem e produz luz, enquanto um PMT recebe luz e produz uma voltagem.

Essa luz ocorre quando um neutrino excede a velocidade com que a luz viaja através da água, que é apenas três quartos da velocidade ele viaja através do vácuo. Yoshi Uchida do Imperial College London explicado a Business Insider como isso acontece, comparando-o à maneira como um avião supersônico produz um estrondo ao exceder a velocidade do som. “Se um avião está indo muito rápido, mais rápido do que a velocidade do som, ele produzirá som - uma grande onda de choque - de uma forma que um objeto mais lento não produz. Da mesma forma, uma partícula que passa pela água, se for mais rápido do que a velocidade da luz na água, também pode produzir uma onda de choque de luz. ' A luz ocorre como um cone de Radiação Cerenkov os PMTs capturam e os gráficos Super K. Os múons produzem um anel agudo e os elétrons geram um anel mais difuso.

(Universidade de Tóquio)

Super K publica perto de imagens de eventos de neutrino em tempo real quando o detector não está offline para manutenção.

Água super pura é algo perigoso

Para garantir que os cones de radiação Cerenkov alcancem com sucesso os PMTs do Super K, a água dentro do tanque deve ser super pura. É continuamente purificado e bombardeado com luz ultravioleta para matar qualquer bactéria que esteja flutuando nele. O líquido resultante é tão puro que é mais como um ácido e um alcalino do que o H2O que conhecemos. Uchida observa: “A água que é ultra-pura está esperando para dissolver as coisas nela. Água pura é uma coisa muito, muito desagradável. ”

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Quando os técnicos drenaram o tanque em 2000, de acordo com Wascko, eles encontraram o que restou de uma chave inglesa deixada para trás: seu contorno. 'Aparentemente, alguém deixou uma chave inglesa lá quando a encheram em 1995. Quando a drenaram em 2000, a chave havia se dissolvido.'

Wascko observa, em eufemismo: 'Se você fosse mergulhar nesta água Super-K ultra-pura, conseguiria uma esfoliação considerável. Quer você queira ou não. '

Quando os técnicos precisam fazer a manutenção de um PMT, eles viajam neste fluido corrosivo em barcos a remo de borracha.

(Universidade de Tóquio)

A ciência nem sempre é tão incrível

Embora novos conhecimentos sejam muitas vezes belos, raramente o hardware associado é tão lindo como no Super Kamiokande. A caça aos neutrinos praticamente implora por soluções exóticas, e esta instalação perigosa e brilhante sob o Monte Ikeno é o mais exótico que pode existir.

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