Detektor bawah tanah akan membantu mempelajari neutrino dan lubang hitam

Proyek detektor

Pada tahun 2022, para ilmuwan Amerika berencana untuk meluncurkan detektor neutrino baru - Deep Neutrino Experiment ( DUNE ). Ini akan berlokasi di bawah tanah di bekas Tambang Emas Homestake di South Dakota. Dengan menggunakan detektor ini, fisikawan akan mempelajari sifat-sifat neutrino - baik yang dihasilkan maupun dipancarkan oleh bintang selama keruntuhannya ke dalam lubang hitam.

Pada 1960-an, ahli astrofisika Raymond Davis sudah memiliki laboratorium untuk mengamati neutrino surya di tambang. Detektor yang akan datang akan jauh lebih kuat. Beberapa kilon argon cair dalam wadah berdiameter sekitar 12 m akan berinteraksi dengan neutrino yang terbang melaluinya.

Pada dasarnya, ini adalah partikel yang dipancarkan dari Laboratorium Akselerator Nasional Enrico Fermi, juga dikenal sebagai Fermilab . Terletak 1300 km dari detektor DUNE di masa depan. Tetapi sebagian waktu direncanakan untuk diberikan untuk studi neutrino kosmik.

Meskipun para ahli teori telah lama menghitung secara umum bagaimana seharusnya lubang hitam terbentuk, tidak ada yang pernah mengamati proses ini. Diketahui bahwa lubang hitam dapat terbentuk setelah runtuhnya bintang dengan massa lebih dari delapan matahari. Tetapi bagaimana tepatnya hal ini terjadi? Pada titik apa bintang menjadi lubang hitam? Seberapa sering bintang berubah menjadi lubang hitam? Sebaliknya, ledakan dapat berakhir dalam pembentukan bintang neutron.

Diketahui bahwa pada saat keruntuhan bintang, fluks neutrino yang kuat harus muncul, yang akan dapat meninggalkan lokasi tabrakan sebelum gravitasi mencapai nilai kritis. Setelah itu, tidak ada yang bisa lepas dari batas lubang hitam. Akibatnya, pola ledakan kuat dalam fluks neutrino, yang kemudian tiba-tiba pecah, harus diperbaiki pada detektor. Ini harus menjadi jejak kelahiran lubang hitam baru.

Satu-satunya ledakan supernova yang direkam oleh detektor neutrino terjadi pada tahun 1987. Sayangnya, data tentang ledakan itu tidak cukup, sehingga tidak diketahui apa yang terjadi setelah itu - apakah lubang hitam atau bintang neutron terbentuk. Jika peristiwa seperti itu tidak terjadi sangat jauh dari kita, detektor DUNE, menurut perwakilan proyek Mark Thompson, akan dapat mendeteksi hingga 10.000 neutrino.

Ada tiga jenis neutrino, yang masing-masing memiliki antipartikel - ini adalah neutrino elektronik, muonik, dan tau. Detektor neutrino yang ada mampu mendeteksi antineutrino elektronik. DUNE di masa depan akan menjadi satu-satunya yang dapat menangkap neutrino elektron melalui penggunaan argon, ”jelas Kate Scholberg, seorang profesor fisika di Duke University.

Tentu saja, semakin banyak detektor mendeteksi ledakan supernova, semakin banyak kita belajar tentang proses luar biasa ini. Di Cina, para ilmuwan sekarang bekerja pada detektor JUNO, di Jepang mereka berencana membangun detektor Hyper-K yang besar, di Rusia mereka secara bertahap meningkatkan kekuatan teleskop neutrino laut-dalam Dubna . Jika semua perangkat ini dapat menangkap konsekuensi dari keruntuhan yang relatif singkat, itu akan menjadi perayaan bagi para ilmuwan.

Selain itu, detektor baru dapat memberikan jawaban atas pertanyaan tentang sifat neutrino itu sendiri. Dengan bantuannya, dimungkinkan untuk mempelajari osilasi mereka dan mungkin menjawab pertanyaan apakah mereka adalah fermion Majorana - yaitu, antipartikel mereka sendiri.

Source: https://habr.com/ru/post/id384145/