Chińczycy rozpoczęli budowę największego na świecie detektora neutrin. TRIDENT (Tropical Deep-sea Neutrino Telescope) zostanie zakotwiczony 3,5 kilometra pod powierzchnią Morza Południowochińskiego. Po ukończeniu budowy, co zaplanowano na 2030 rok, będzie skanował ciemności panujące w morskich głębinach w poszukiwaniu rzadkich błysków światła wytwarzanych przez neutrina oddziałujące z wodą morską.
Neutrina (obok fotonów) są najbardziej rozpowszechnionymi cząstkami we Wszechświecie. Są emitowane przez Słońce, ale też przez inne źródła kosmiczne. Powstają również w górnych warstwach atmosfery na skutek oddziaływania promieniowania kosmicznego. Jednak naukowcy nie wiedzą o nich zbyt wiele. To dlatego, że cząstki te bardzo słabo oddziałują z materią i niezwykle trudno je badać. Na tyle słabo, że często określa się je mianem "cząstek-duchów".
Neutrina mają niebywałą zdolność przenikania. Chociażby planeta taka jak Ziemia nie stanowi dla nich niemal żadnej przeszkody. Uczeni szacują, że przez jeden centymetr kwadratowy powierzchni naszej planety zwróconej ku Słońcu co sekundę przelatuje ponad 60 miliardów neutrin. Cząstki te w ogromnej obfitości i w każdej sekundzie przeszywają nasze ciała, a my zwykle nie mamy o tym pojęcia.
Neutrina są ultralekkimi cząstkami elementarnymi. Nie posiadają ładunku elektrycznego, a znikoma masa pozwala im podróżować na ogromne odległości rzędów miliardów lat świetlnych. Wykazanie obecności neutrin jest jednak niezwykle skomplikowane, ponieważ większość cząstek-duchów przenika przez całą Ziemię. Tylko w bardzo rzadkich przypadkach neutrino oddziałuje z otoczeniem.
By dowiedzieć się nieco więcej o tych cząstkach naukowcy budują ogromne obserwatoria zlokalizowane pod wodą lub pod lodem. Wśród nich można wymienić chociażby obserwatorium o nazwie Baikal-GVD, zanurzone w wodach Bajkału (więcej na ten temat w tekście: Zanurzony w Bajkale teleskop neutrinowy rozpoczął pracę oraz Teleskop w jeziorze Bajkał wykrył sygnał z rozbłysku radiowego blazara) lub KM3NeT (Cubic Kilometre Neutrino Telescope), zlokalizowane na dnie Morza Śródziemnego (więcej w tekście: Teleskop na dnie morza). Choć najsłynniejsze to chyba IceCube na Antarktydzie. Tam do wykrywania neutrin wykorzystuje zamarznięty lód zamiast wody.
IceCube za pomocą tysięcy fotopowielaczy monitoruje kilometr sześcienny lodu znajdujący się niemal półtora kilometra pod powierzchnią. Fotopowielacze tropią subtelne błyski świetlne, inicjowane przez interakcję cząstek tworzących lód z neutrinami. Od chwili rozpoczęcia swojej działalności w 2010 roku IceCube wykrywa wysokoenergetyczne neutrina (więcej na ten temat w tekście: Blazar źródłem „cząstek-duchów”. Pierwsza detekcja neutrin spoza naszej galaktyki). Pokazał też, gdzie w Drodze Mlecznej powstaje najwięcej neutrin (więcej na ten temat w tekście: Pierwsza detekcja neutrin z wnętrza Drogi Mlecznej. Nowej spojrzenie na galaktykę).
Naukowcy stojący za projektem obserwatorium TRIDENT twierdzą, że będzie nawet 10 tys. razy potężniejsze niż obserwatorium IceCube na biegunie południowym. Ma to być największy i jednocześnie najbardziej zaawansowane obserwatorium tego typu. TRIDENT zakotwiczony 3,5 kilometra pod powierzchnią wody będzie skanował otaczającą głębinę w poszukiwaniu błysków światła powstających, gdy kosmiczne neutrina zderzą się z cząsteczkami wody.
- Wykorzystując Ziemię jako tarczę, TRIDENT wykryje neutrina przenikające z przeciwnej strony planety – powiedziała Xu Donglian z Uniwersytetu Jiao Tong w Szanghaju. - Ponieważ TRIDENT budowany jest blisko równika, będzie mógł rejestrować neutrina pochodzące ze wszystkich kierunków wraz z obrotem Ziemi, umożliwiając obserwację całego nieba bez martwego pola – dodała.
Projekt powstaje w miejscu odizolowanym od ludzkich społeczności. Do najbliższej wyspy jest około 200 kilometrów. Według Xu Donglian budowany jest w idealnym miejscu. Na tym obszarze Morza Południowochińskiego dno jest płaskie, a prądy łagodne i do tego płyną kilkaset metrów nad dnem.
TRIDENT po ukończeniu ma objąć obszar o średnicy czterech kilometrów. Będzie monitorował 7,5 kilometrów sześciennych wody morskiej i uzupełni w swoich zadaniach inne głębinowe obserwatoria neutrin. Projekt przewiduje budowę 1200 pionowych ciągów fotopowielaczy rozmieszczonych na dnie morskim według wzoru parkietażu Penrose’a. Każdy ciąg o długości 700 metrów będzie zawierał 20 cyfrowych modułów optycznych o wysokiej rozdzielczości. Będą one wykrywać i mierzyć światło wytwarzane w wyniku zderzenia neutrin z atomami wodoru lub tlenu w cząsteczkach wody. Jego żywotność zaprojektowano na 20 lat.
Publikacja opisująca budowany detektor ukazała się w czasopiśmie „Nature Astronomy” (DOI: 10.1038/s41550-023-02087-6).
Źródło: South China Morning Post, Live Science, fot. Shanghai Jiao Tong University
