Der unterirdische Detektor hilft bei der Untersuchung von Neutrinos und Schwarzen Löchern

Detektorprojekt

Bis 2022 planen amerikanische Wissenschaftler die Einführung eines neuen Neutrino-Detektors - des Deep Underground Neutrino Experiment ( DUNE ). Es wird sich unterirdisch in der ehemaligen Homestake-Goldmine in South Dakota befinden. Mit diesem Detektor untersuchen Physiker die Eigenschaften von Neutrinos, die von einem Stern während seines Zusammenbruchs in ein Schwarzes Loch künstlich erzeugt und emittiert werden.

In den 1960er Jahren hatte der Astrophysiker Raymond Davis bereits ein Labor zur Beobachtung von Sonnenneutrinos in der Mine eingerichtet. Der kommende Detektor wird viel leistungsfähiger sein. Mehrere Kilotonnen flüssiges Argon in einem Behälter mit einem Durchmesser von etwa 12 m interagieren mit durch ihn fliegenden Neutrinos.

Grundsätzlich handelt es sich dabei um Partikel, die vom nach ihm benannten National Accelerator Laboratory emittiert werden Enrico Fermi, auch bekannt als Fermilab . Es befindet sich 1300 km vom zukünftigen DUNE-Detektor entfernt. Es ist jedoch geplant, einen Teil der Zeit für die Untersuchung kosmischer Neutrinos bereitzustellen.

Obwohl Theoretiker seit langem allgemein berechnet haben, wie sich Schwarze Löcher bilden sollen, hat niemand diesen Prozess jemals beobachtet. Es ist bekannt, dass sich nach dem Zusammenbruch eines Sterns mit einer Masse von mehr als acht Sonnenlichtern ein Schwarzes Loch bilden kann. Aber wie genau passiert das? Ab wann wird ein Stern ein Schwarzes Loch? Wie oft verwandeln sich Sterne in Schwarze Löcher? Stattdessen kann die Explosion zur Bildung eines Neutronensterns führen.

Es ist bekannt, dass im Moment des Zusammenbruchs eines Sterns ein starker Neutrino-Fluss entstehen muss, der die Absturzstelle verlassen kann, bevor die Schwerkraft kritische Werte erreicht. Danach kann nichts mehr über die Grenzen des Schwarzen Lochs hinaus entkommen. Infolgedessen sollte das Muster eines starken Bursts im Neutrino-Fluss, der dann abrupt bricht, auf dem Detektor fixiert werden. Dies sollte der Abdruck der Geburt eines neuen Schwarzen Lochs sein.

Die einzige von Neutrino-Detektoren aufgezeichnete Supernova-Explosion ereignete sich 1987. Leider reichten die Daten zur Explosion nicht aus, so dass nicht bekannt ist, was danach geschah - ob sich ein Schwarzes Loch oder ein Neutronenstern bildete. Wenn ein solches Ereignis nicht sehr weit von uns entfernt auftritt, kann der DUNE-Detektor laut Projektvertreter Mark Thompson bis zu 10.000 Neutrinos nachweisen.

Es gibt drei Arten von Neutrinos, von denen jede ein Antiteilchen aufweist - dies sind elektronische, myonische und Tau-Neutrinos. Bestehende Neutrino-Detektoren können elektronische Antineutrinos nachweisen. Die zukünftige DUNE wird die einzige sein, die Elektronenneutrinos mithilfe von Argon einfangen kann “, erklärt Kate Scholberg, Professorin für Physik an der Duke University.

Je mehr Detektoren eine Supernova-Explosion erkennen, desto mehr lernen wir über diesen erstaunlichen Prozess. In China arbeiten Wissenschaftler derzeit an einem JUNO-Detektor, in Japan planen sie den Bau eines großen Hyper-K-Detektors, in Russland erhöhen sie schrittweise die Leistung des Dubna- Tiefsee- Neutrino-Teleskops . Wenn all diese Geräte die Folgen eines relativ kurzen Zusammenbruchs erfassen können, wird dies ein Fest für Wissenschaftler.

Darüber hinaus kann der neue Detektor Antworten auf Fragen zur Art der Neutrinos selbst geben. Mit seiner Hilfe wird es möglich sein, ihre Schwingung zu untersuchen und möglicherweise die Frage zu beantworten, ob es sich um Majorana-Fermionen handelt, dh um ihre eigenen Antiteilchen.

Source: https://habr.com/ru/post/de384145/