Китай пусна най-модерния детектор за неутрино JUNO, докато САЩ и Япония все още изграждат подобни съоръжения

Институтът по физика на високите енергии (IHEP) към Китайската академия на науките съобщи, че детекторът за неутрино от ново поколение JUNO е започнал своята научна дейност. Съоръжението е първият в света експеримент за задълбочено изучаване на частиците, наричани „призрачни“ заради неуловимия им характер. Навремето неутриното се разглеждаше като кандидат за тъмна материя. Сега те не се смятат за такива, но неутриното продължава да бъде най-слабо проучената от елементарните частици.

Детекторът JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory) е разположен на 700 метра дълбочина в скална пещера.

Дебелината на скалата прекъсва достъпа на повечето частици от космически и земен произход, което позволява на уредите да записват предимно неутрино събития – невъзможно е да се създаде надеждна бариера за тези частици. За да се сблъска една неутрино частица с атом с 50% вероятност за сблъсък е необходима плътна стена от олово с дебелина една светлинна година. Спасителната мярка е, че неутриното е втората най-често срещана частица във Вселената, така че слабото взаимодействие се компенсира от техния брой: все някой ще попадне в целта.

Самият детектор JUNO представлява акрилна сфера с диаметър 35 метра, потопена в 40-метров кладенец.

По периметъра на сферата са инсталирани фотоумножители, а тя е пълна с течност със сцинтилационен ефект – неутрино, взаимодействащо с нея предизвиква серия от трансформации, придружени от светкавица, която се записва от всички страни. Това позволява да се възстанови траекторията на частицата и да се изчисли нейната енергия, а оттам и масата ѝ. Засега масата на неутриното се измерва с недостатъчна точност, което се усложнява от факта, че неутриното осцилира – буквално променя свойствата си в движение, преминавайки от едно състояние в друго.

Запълването на сензора JUNO със свръхчиста вода започна през декември 2024 година. Кладенецът и сферата побират десетки хиляди тонове течност. След запълването на обема водата постепенно е изместена от сцинтилатор (обикновено в такива инсталации се използва течен аргон). Сега всички подготвителни работи са завършени и лабораторията започва научни изследвания. Срокът на експлоатация на съоръжението се оценява на поне 30 години. Строителството е извършено в периода 2015-2021 година. В подготовката на проекта участваха повече от 700 изследователи от 74 институции в 17 държави и региони по света.

Очаква се детекторът JUNO ежедневно да регистрира около 40 неутрино събития от близките ядрени реактори (в градовете Тайшан и Яндзян, разположени на 53 километра от инсталацията), няколко атмосферни неутрино, едно геонеутрино и хиляди слънчеви неутрино.

За 6 години работа учените очакват да регистрират около 100 000 неутрино събития. Най-новите детектори ще изяснят разпределението на масата на трите вида неутрино: мюонно, електронно и тау-неутрино. Изясняването на масите може да отвори пътя към „нова физика“, тъй като неутриното не се вписва напълно в Стандартния модел на елементарните частици. До каква степен – ще покаже работата на JUNO и други експерименти. По-специално, до края на десетилетието ще се появят подобни съоръжения от ново поколение в САЩ (DUNE) и Япония (Hyper-Kamiokande).