Золотая камера, под горой в Японии, содержит настолько чистую воду, что может растворить металл, и это помогает ученым обнаружить умирающие звезды

Скрытая на 1000 метров территория под горой Икено в Японии - это место, которое похоже на мечту суперзлодея.

Супер-Камиоканде (или «Супер-К») - это детектор нейтрино. Нейтрино - это субатомные частицы, которые путешествуют в пространстве и проходят сквозь твердое вещество, как будто это воздух. Данная элементарная частица имеет очень маленькую массу. За одну секунду каждый квадратный сантиметр нашего тела пронзают примерно 60 000 000 000 нейтрино, которые посылает нам Солнце.

Изучение этих частиц помогает ученым обнаружить умирающие звезды и узнать больше о Вселенной. Business Insider пообщался с тремя учеными о том, как работает гигантская золотая камера, и узнал об опасностях проведения в ней экспериментов.

Видя субатомный мир

Нейтрино очень трудно обнаружить, настолько, что Нил де Грас Тайсон назвал их «самой неуловимой добычей в космосе». Говоря о проекте, он объясняет, что камера обнаружения находится так глубоко под землей, чтобы другие частицы не могли попасть внутрь.

«Материя не создает препятствий для нейтрино», - говорит он. «Нейтрино могло бы пройти сквозь сотни световых лет из стали, даже не замедляясь».

Но зачем их вообще ловить?

«Существует такая вещь, как сверхновая звезда(Supernova), которая разрушается и превращается в черную дыру», - сказал в интервью Business Insider доктор Йоши Учида из Имперского колледжа в Лондоне. «Если это происходит в нашей галактике, что-то вроде Супер-К является одним из немногих объектов, которые могут увидеть нейтрино от нее».

Прежде чем звезда начинает разрушаться, она испускает нейтрино, поэтому Супер-К действует как своего рода система раннего предупреждения, сообщая нам, когда нужно следить за этими ослепительными космическими событиями.

«Расчеты говорят, что каждые 30 лет взрывается сверхновая звезда в диапазоне, который видят наши детекторы», - сказал доктор Учида. «Если вы пропустите один взрыв, вам придется подождать в среднем еще несколько десятилетий, чтобы увидеть следующий».

Запуск нейтрино через Японию

Супер-К не просто ловит нейтрино, падающие из космоса.

Расположенный на противоположной стороне Японии в Токай, эксперимент T2K запускает нейтринный луч через Землю на 295 км, который будет поднят в Супер-К на западной стороне страны.

Изучение того, как нейтрино изменяются (или «колеблются») при прохождении через вещество, может рассказать нам больше о происхождении Вселенной, например, о взаимосвязи между веществом и антиматерией.

Как Супер-К ловит нейтрино

Супер-К, скрытый на глубине 1000 метров под Землей, размером с 15-этажное здание и выглядит примерно так:

Огромный резервуар заполнен 50 000 тоннами сверхчистой воды. Это потому, что при путешествии через воду нейтрино быстрее света. Поэтому, когда нейтрино путешествует по воде, «он будет излучать свет точно так же, как Конкорд использовали для создания звуковых ударов», - сказал доктор Учида.

«Если самолет движется очень быстро, быстрее, чем скорость звука, то он будет издавать звук - большую ударную волну - в отличие от более медленного объекта. Точно так же частица, проходящая через воду, если она движется, быстрее, чем скорость света, в воде она также может вызвать ударную волну света".

Камера облицована 11 000 лампочек золотистого цвета. Это невероятно чувствительные детекторы света, называемые Фотоумножителями (PMT), которые могут улавливать эти ударные волны.

Доктор Вацко описывает их как «инверсию лампочки». Проще говоря, они могут обнаружить даже незначительное количество света и преобразовать его в электрический ток, который затем можно наблюдать.

Ужасающе чистая вода

Чтобы свет от этих ударных волн достигал датчиков, вода должна быть чище, чем вы вообще можете себе представить. Супер-К постоянно фильтрует и повторно очищает ее, и даже «взрывает» ее ультрафиолетом, чтобы убить любые бактерии.

Что делает ее довольно жуткой.

«Сверхчистая вода ждет, пока в ней что-нибудь растворят», - сказал доктор Учида. «Чистая вода очень, очень неприятная штука. Она имеет свойства кислоты и щелочи».

«Если бы вы погрузились в эту сверхчистую воду Супер-К, вы очень сильно навредили бы своей коже», - сказал доктор Васко.

Когда Супер-К нуждается в обслуживании, исследователи должны обращаться к услугам специальных резиновых лодок, чтобы починить и заменить датчики.

Доктор Мэтью Малек из Университета Шеффилда и двое других занимались техобслуживанием с лодки, когда он был аспирантом.

В конце рабочего дня гондола, которая обычно доставляет физиков в аквариум и из него, пришла в негодность, поэтому ему и двум другим пришлось некоторое время сидеть на месте.

«Что я не осознавал, когда мы лежали в этих лодках и разговаривали, так это то, что немного моих волос, вероятно, не более трех сантиметров, было опущено в воду», - сказал Малек Business Insider.

В то время, когда они сливали воду из Супер-К, Малек не беспокоился о последствиях. Но когда он проснулся в 3 часа ночи на следующий день, у него было ужасное состояние.

«Я встал в 3 часа ночи с самой зудящей кожей головы за всю мою жизнь», - сказал он. «Страшнее, чем иметь ветрянку в детстве. Это было так зудяще, что я просто не мог уснуть».

Он понял, что вода высвобождала питательные вещества его волос через кончики, и что этот дефицит питательных веществ достиг его кожи головы.

Еще одна история пришла от доктора Васко, который услышал, что в 2000 году, когда танк был полностью опорожнен, исследователи обнаружили в нижней части контур гаечного ключа. «Очевидно, кто-то оставил там гаечный ключ, когда они заполнили его в 1995 году», - сказал он. «Когда они осушали его в 2000 году, гаечный ключ попросту растворился».

Супер-К 2.0

Супер-Камиоканде может быть массивным, но доктор Васко сказал Business Insider, что был предложен еще больший нейтринный детектор под названием «Гипер-Камиоканде».

«Мы пытаемся одобрить этот эксперимент с Гипер-Камиоканде, и он начнется примерно в 2026 году», - сказал он.

Гипер-К будет в 20 раз больше Супер-К с точки зрения громкости и будет иметь около 99 000 световых детекторов, а не 11 000.

Фото: Business Insider; NASA; Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research),The University of Tokyo;