Sudbury Neutrínó Obszervatórium

Sudbury Neutrínó Obszervatórium
Sudbury Neutrino Observatory
Település	Ontario
Cím	Kanada, Ontario
Hasznosítása
Felhasználási terület	neutrino detector neutrino experiment kutatóintézet obszervatórium
Elhelyezkedése
Sudbury Neutrínó Obszervatórium Pozíció Kanada térképén
é. sz. 46° 28′ 00″, ny. h. 81° 10′ 22″46.466666666667, -81.172777777778
Sudbury Neutrínó Obszervatórium weboldala
A Wikimédia Commons tartalmaz Sudbury Neutrínó Obszervatórium témájú médiaállományokat.
Sablon • Wikidata • Segítség

A Sudbury Neutrínó Obszervatórium (Sudbury Neutrino Observatory, SNO) 2000 méterrel a földfelszín alatt a kanadai Sudbury közelében található, Torontótól kb. 400 km-re ÉNy-ra. A detektort a Nap-beli fúzió során keletkező neutrínók észlelésére tervezték.

Felépítése és működése

A felépítése

Az akril tartályban lévő 1000 tonnányi nehézvízben történő neutrínóreakciók során fellépő Cserenkov-effektust használja a neutrínók észlelésére. A sugárzást a tartályt körülvevő 9600 fotoelektron-sokszorozó érzékeli. A belső tartály és a fotoelektron-sokszorozók egy 10 emeletnyi (34 m) magas nagyobb tartály sima vízében helyezkednek el. Ez részben az akriltartály falát tartja.

A kozmikus sugárzás részecskéit a 2000 méter vastag kőzetréteg leárnyékolja, hogy más típusú részecskék ne zavarják a mérést. Hasonló okokból az építés és működtetés során nagy gondot fordítanak arra, hogy semmilyen radioaktív anyag ne legyen a detektorban.

A neutrínó kölcsönhatásai a detektoranyaggal

A neutrínó detektálása igen nehéz, mert a részecskefizikában elhanyagolható gravitációs kölcsönhatás mellett csak a gyenge kölcsönhatásban vesz részt. A neutrínó-detektálás – általánosságban véve – három, különböző típusú részecskefizikai folyamaton alapszik:

1) Amikor az elektronneutrínó töltött gyenge áram közvetítésével kölcsönhatásba lép a deutériummal, akkor egy W⁺−bozon átadására kerül sor, és a deutérium neutronja protonná alakul:

ν+D→p+p+e^- (CC = charged current, töltött gyenge áram)       A reakció energiaküszöbe: 1,4 MeV

E reakcióban kizárólag elektronneutrínó vehet részt. A két keletkezett proton taszítja egymást, így az atommag alkotórészeire esik szét. (A detektor anyagában az elektron gyorsabban halad a fény fázissebességénél, Cserenkov-sugárzást idézve elő ezzel.)

2) Amikor a neutrínó semleges gyenge áram közvetítésével kölcsönhatásba lép a deutériummal, akkor egy Z-bozon átadására kerül sor:

ν+D → ν+n+p (NC = neutral current, semleges áram)      A reakció energiaküszöbe: 2,2 MeV

Ebben a reakcióban valamennyi típusú neutrínó azonos valószínűséggel részt vesz.

3) Ezenkívül valamennyi típusú neutrínó rugalmasan szóródhat az elektronokon:

ν+e^-→ ν+ e^- (ES = elastic scattering, rugalmas szórás)      A reakció energiaküszöbe megközelítőleg 0 MeV

A semleges áram reakciók mérése

A detektor működésének első fázisában csak a rugalmas szórás (ES) és a töltött áram volt mérhető. A második fázisban nagy tisztaságú konyhasót (NaCl) kevertek a nehézvízhez, mellyel mérhetővé vált a semleges áram reakció. A neutron lelassul (termalizálódik), és a klór ugyanis elnyeli a termikus neutronokat, és azt gamma-sugárzásként bocsátja ki, amit a fotoelektron-sokszorozók mérni képesek.

A harmadik fázisban semleges-áram detektorokat (Neutral Current Detector, NCD) ³He tartalmú proporcionális számlálókat használnak a só helyett. A ³He elnyelve a termikus neutront nagy energiájú protonná és trícium-atommaggá (tritonná) alakul át, melyek a számlálószálakra felfutva elektromos impulzust hoznak létre.

Története

Építésében Kanada mellett az Egyesült Államok és az Egyesült Királyság is részt vett. A detektort 1990-ben kezdték el építeni, és 1998-ban készült el. A berendezések kalibrálása után 1999 novemberében kezdett el működni, és azóta is nagyjából folyamatosan üzemel. Mivel naponta 10-es nagyságrendű esemény jön létre, ezért hosszú idő kell az analízishez elegendő eseményhez.

A nehézvíz Kanada atomenergia-termeléséhez szükséges. A detektor annak tárolására is szolgál, mellesleg a tudományt is szolgálva.

2001 júniusában nagy tisztaságú konyhasót (NaCl) kevertek a nehézvízhez, mellyel a semleges áram reakció sokkal jobban mérhető.

2001. június 18-án adtak ki először hivatalos közleményt a tudományos eredményekről: megvan a neutrínóoszcilláció.

2003. szeptember: Eltávolítják a sót, hogy behelyezhessék a semleges áram-detektorokat.

2004. február 12.: Felszerelték a ³He tartalmú semleges-áram detektorokat.

Eredményei

Az 1970-es években több detektor képes volt a Földre érkező neutrínók észlelésére. Problémát jelentett, hogy miért érzékelünk kevesebb neutrínót a Napból, mint amennyit napmodelljeinkből várunk. Ez az úgynevezett napneutrínó-probléma.

Az SNO képes érzékelni a Napból jövő viszonylag kis energiájú neutrínókat, mégpedig annak mindegyik típusát. Képes volt megmutatni, hogy a Napból származó neutrínók száma megfelel a napmodelljeinknek, csak az elektronneutrínók egy része eloszcillál más típusúakká, melyeket a korábbi detektorok képtelenek voltak érzékelni. A detektor kimutatta, hogy a neutrínóoszcilláció a napneutrínók esetén létezik, ezt korábban a Super-Kamiokande a légkörben keletkező neutrínókra igazolta.

A neutrínóoszcilláció egyik következménye, hogy legalább egyik neutrínónak (nyugalmi) tömeggel kell rendelkeznie. A kísérletből kaptak egy felső értéket arra, hogy mekkora lehet maximum a háromféle neutrínó tömegének összege. Ez azt mutatja, hogy ha nagyon sok neutrínó létezik is a Világegyetemben, akkor sem elegendő az összes sötét anyag magyarázatára.

Külső hivatkozások

• Megoldódott a napneutrínók rejtélye!
• SNO – hivatalos honlap (angol, francia)