Sudbury Neutrínó Obszervatórium

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

A detektor rajza

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

[szerkesztés] Felépítése és működése

[szerkesztés] A felépítése

Az akril (műanyag) tartályban lévő 1000 tonnányi nehézvízben (D₂O) történő neutrínóreakciók során fellépő Cserenkov-effektust használja a neutrínók észlelésére. A sugárzást a tartályt körülvevő 9600 fotoelektron-sokszorozó érzékeli. (A képen ezek láthatóak kívülről.)

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, másodsorban

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.

[szerkesztés] 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:

υ+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 átadásra kerül sor:

υ+D → υ+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:

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

[szerkesztés] 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 bocsájtja 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.

[szerkesztés] 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.

[szerkesztés] 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. [1]