2019-06-29 10:03:15
Copyright Edward Berbee/Nikhef)Θα μπορούσαμε να «δούμε» τις πιο απομακρυσμένες περιοχές του σύμπαντος αν διαθέταμε ένα γιγάντιο υποβρύχιο τηλεσκόπιο. Τα καλά νέα είναι πως μια διεθνής συνεργασία φυσικών το κατασκευάζει ήδη στην Μεσόγειο θάλασσα. Τα συνηθισμένα τηλεσκόπια για να εντοπίσουν το φως των άστρων και άλλων αστρονομικών αντικειμένων στρέφονται προς τα πάνω, στον ουρανό. Το τηλεσκόπιο KM3NeT στην πραγματικότητα είναι ένας τεράστιος ανιχνευτής νετρίνων, που κοιτάζει προς τα κάτω, στον ουρανό από την άλλη πλευρά της Γης, μέσα από αυτή!
Όταν ολοκληρωθεί το τηλεσκόπιο νετρίνων κυβικού χιλιομέτρου (Cubic Kilometer Neutrino Telescope =KM3NeT) θα έχει μετατραπεί πάνω από ένα τετραγωνικό χιλιόμετρο της Μεσογείου σε ένα γιγαντιαίο δίχτυ που θα «ψαρεύει» νετρίνα.
Πως πιάνεις ένα φάντασμα
Κάθε δευτερόλεπτο κάθε μέρα, 100 δισεκατομμύρια νετρίνα περνούν μέσα από κάθε τετραγωνικό εκατοστό του σώματός σας, σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Αυτά τα «σωματίδια φαντάσματα» δημιουργούνται στο εσωτερικό των άστρων, στους υπερκαινοφανείς αστέρες (σουπερνόβα), στη ραδιενεργό διάσπαση β και σε συγκρούσεις σωματιδίων εξαιτίας της ασθενούς δύναμης, όπως στις αλληλεπιδράσεις της κοσμικής ακτινοβολίας με την ατμόσφαιρα της Γης.
Δυστυχώς τα νετρίνα δεν αλληλεπιδρούν (σχεδόν) με τίποτα. Κινούνται συνεχώς ευθύγραμμα και δεν απορροφούνται από την μεσοαστρική ύλη ή άλλα αντικείμενα που βρίσκονται στον δρόμο τους. Γι αυτό προέκυψε η ιδέα ότι διαμέσου των νετρίνων μπορούμε να δούμε τα «πέρατα» του σύμπαντος.
Αλλά όσο ανεμπόδιστα κινούνται τα νετρίνα, άλλο τόσο δύσκολο είναι να ανιχνευθούν. Ο μόνος τρόπος για να το πετύχουμε είναι να κατασκευάσουμε ένα τεράστιο τηλεσκόπιο – ανιχνευτή νετρίνων.
Η θάλασσα είναι το τέλειο δίχτυ για τα νετρίνα. Πολύ σπάνια – λιγότερο από μία στο εκατομμύριο – ένα νετρίνο θα αλληλεπιδράσει με το νερο και θα παράξει μια έκλαμψη κυανού φωτός, διάρκειας νανοδευτερολέπτου, που ονομάζεται ακτινοβολία Cherenkov. Τοποθετούμε υπερευαίσθητους ανιχνευτές φωτός στο βάθος της θάλασσας και περιμένουμε να συλλάβουμε τις λάμψεις του φωτός που παράγονται από τα νετρίνα. Ο λόγος που τους τοποθετούμε μέσα στη θάλασσα είναι επειδή είναι μεγάλη, είναι σκοτεινή και είναι πολύ διαφανής. Όταν παράγεται η ζητούμενη φωτεινή λάμψη, δεν απορροφάται από το θαλασσινό νερό.
Κάτω από τον ουρανό και τη θάλασσα
Καλλιτεχνική απεικόνιση συστοιχίας ανιχνευτών στον βυθό της θάλασσας (Copyright Marco Kraan/Nikhef)
Οι εκατοντάδες οπτικοί ανιχνευτές του KM3NeT θα σχηματίσουν κοντά στις γαλλικές και ιταλικές ακτές υποθαλάσσια τρισδιάστατα δίκτυα, όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Το επόμενο βίντεο δείχνει την πόντιση μιας σειράς ανιχνευτών:
Το πείραμα KM3NeT αναμένεται να έχει μεγάλο επιστημονικό αντίκτυπο πέρα από το πεδίο της σωματιδιακής φυσικής. Για να πραγματοποιηθούν οι μετρήσεις σχετικά με τα νετρίνα, πρέπει να γνωρίζουμε την εξασθένηση του φωτός στο θαλασσινό νερό, τις θερμοκρασίες και τα θαλάσσια ρεύματα. Πρέπει να είναι γνωστές συνεχώς και με ακρίβεια οι ιδιότητες της θάλασσας στην περιοχή του τηλεσκοπίου. Έτσι, αν γίνει κάποια αλλαγή στην θάλασσα, οι επιστήμονες του πειράματος θα είναι από τους πρώτους που θα το παρατηρήσουν.
Το KM3NeT συνεργάζεται με ωκεανογράφους, σεισμολόγους και βιολόγους, οι οποίοι θα αξιοποιήσουν τις υποδομές του, κάνοντας τις δικές τους έρευνες. Ακόμα και τα υδρόφωνα του KM3NeT, που χρησιμοποιούνται για τον ακουστικό εντοπισμό των ανιχνευτών συλλαμβάνουν ήχους από τα δελφίνια και τις φάλαινες που κινούνται γύρω από το τηλεσκόπιο.
Το KM3NeT βρίσκεται στα πρώτα στάδια της ανάπτυξής του. Υπάρχουν λίγοι ανιχνευτές που λειτουργούν στα ανοιχτά των ακτών της Σικελίας και άλλοι κοντά στην Τουλόν της Γαλλίας που τοποθετήθηκαν φέτος. Η ομάδα διερευνά επίσης και μια πιθανή τρίτη περιοχή στα ανοιχτά της Πύλου στην Ελλάδα (Πρόκειται για το τηλεσκόπιο νετρίνων NESTOR που ξεκίνησε στις αρχές της δεκαετίας του 1990 από τον Λεωνίδα Ρεσβάνη και προϋπήρξε του KM3NeT). Παρά το γεγονός ότι η πλήρης ανάπτυξη της διάταξης αναμένεται να διαρκέσει άλλα 3 χρόνια τουλάχιστον, το τηλεσκόπιο έχει ήδη ανιχνεύσει μερικά νετρίνα.
Οι μηχανικοί φρόντισαν να κατασκευάσουν ένα τηλεσκόπιο που θα μπορούσε να αντέξει τις δύσκολες συνθήκες στο βυθό της Μεσογείου, ενώ ταυτόχρονα θα ελαχιστοποιούσε τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Δεν υπάρχει τίποτα τοξικό, τίποτα δεν είναι πραγματικά επικίνδυνο από τα υλικά που χρησιμοποιούνται στους ανιχνευτές. Όλα πρέπει να γίνονται με πολύ μεγάλη προσοχή ώστε όλα τα υλικά που χρησιμοποιούνται να αντέξουν την υψηλή πίεση και να μην διαβρωθούν στο θαλασσινό νερό.
Συνολικά η όλη προσπάθεια αποτελεί έναν εντυπωσιακό τεχνολογικό άθλο.
Διαβάστε περισσότερα: «An Underwater Telescope to Study Sky and Sea«
Διαβάστε επίσης: «Το τηλεσκόπιο νετρίνων κυβικού χιλιομέτρου στον βυθό της Πύλου;«
physicsgg.me
Όταν ολοκληρωθεί το τηλεσκόπιο νετρίνων κυβικού χιλιομέτρου (Cubic Kilometer Neutrino Telescope =KM3NeT) θα έχει μετατραπεί πάνω από ένα τετραγωνικό χιλιόμετρο της Μεσογείου σε ένα γιγαντιαίο δίχτυ που θα «ψαρεύει» νετρίνα.
Πως πιάνεις ένα φάντασμα
Κάθε δευτερόλεπτο κάθε μέρα, 100 δισεκατομμύρια νετρίνα περνούν μέσα από κάθε τετραγωνικό εκατοστό του σώματός σας, σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Αυτά τα «σωματίδια φαντάσματα» δημιουργούνται στο εσωτερικό των άστρων, στους υπερκαινοφανείς αστέρες (σουπερνόβα), στη ραδιενεργό διάσπαση β και σε συγκρούσεις σωματιδίων εξαιτίας της ασθενούς δύναμης, όπως στις αλληλεπιδράσεις της κοσμικής ακτινοβολίας με την ατμόσφαιρα της Γης.
Δυστυχώς τα νετρίνα δεν αλληλεπιδρούν (σχεδόν) με τίποτα. Κινούνται συνεχώς ευθύγραμμα και δεν απορροφούνται από την μεσοαστρική ύλη ή άλλα αντικείμενα που βρίσκονται στον δρόμο τους. Γι αυτό προέκυψε η ιδέα ότι διαμέσου των νετρίνων μπορούμε να δούμε τα «πέρατα» του σύμπαντος.
Αλλά όσο ανεμπόδιστα κινούνται τα νετρίνα, άλλο τόσο δύσκολο είναι να ανιχνευθούν. Ο μόνος τρόπος για να το πετύχουμε είναι να κατασκευάσουμε ένα τεράστιο τηλεσκόπιο – ανιχνευτή νετρίνων.
Η θάλασσα είναι το τέλειο δίχτυ για τα νετρίνα. Πολύ σπάνια – λιγότερο από μία στο εκατομμύριο – ένα νετρίνο θα αλληλεπιδράσει με το νερο και θα παράξει μια έκλαμψη κυανού φωτός, διάρκειας νανοδευτερολέπτου, που ονομάζεται ακτινοβολία Cherenkov. Τοποθετούμε υπερευαίσθητους ανιχνευτές φωτός στο βάθος της θάλασσας και περιμένουμε να συλλάβουμε τις λάμψεις του φωτός που παράγονται από τα νετρίνα. Ο λόγος που τους τοποθετούμε μέσα στη θάλασσα είναι επειδή είναι μεγάλη, είναι σκοτεινή και είναι πολύ διαφανής. Όταν παράγεται η ζητούμενη φωτεινή λάμψη, δεν απορροφάται από το θαλασσινό νερό.
Κάτω από τον ουρανό και τη θάλασσα
Καλλιτεχνική απεικόνιση συστοιχίας ανιχνευτών στον βυθό της θάλασσας (Copyright Marco Kraan/Nikhef)
Οι εκατοντάδες οπτικοί ανιχνευτές του KM3NeT θα σχηματίσουν κοντά στις γαλλικές και ιταλικές ακτές υποθαλάσσια τρισδιάστατα δίκτυα, όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Το επόμενο βίντεο δείχνει την πόντιση μιας σειράς ανιχνευτών:
Το πείραμα KM3NeT αναμένεται να έχει μεγάλο επιστημονικό αντίκτυπο πέρα από το πεδίο της σωματιδιακής φυσικής. Για να πραγματοποιηθούν οι μετρήσεις σχετικά με τα νετρίνα, πρέπει να γνωρίζουμε την εξασθένηση του φωτός στο θαλασσινό νερό, τις θερμοκρασίες και τα θαλάσσια ρεύματα. Πρέπει να είναι γνωστές συνεχώς και με ακρίβεια οι ιδιότητες της θάλασσας στην περιοχή του τηλεσκοπίου. Έτσι, αν γίνει κάποια αλλαγή στην θάλασσα, οι επιστήμονες του πειράματος θα είναι από τους πρώτους που θα το παρατηρήσουν.
Το KM3NeT συνεργάζεται με ωκεανογράφους, σεισμολόγους και βιολόγους, οι οποίοι θα αξιοποιήσουν τις υποδομές του, κάνοντας τις δικές τους έρευνες. Ακόμα και τα υδρόφωνα του KM3NeT, που χρησιμοποιούνται για τον ακουστικό εντοπισμό των ανιχνευτών συλλαμβάνουν ήχους από τα δελφίνια και τις φάλαινες που κινούνται γύρω από το τηλεσκόπιο.
Το KM3NeT βρίσκεται στα πρώτα στάδια της ανάπτυξής του. Υπάρχουν λίγοι ανιχνευτές που λειτουργούν στα ανοιχτά των ακτών της Σικελίας και άλλοι κοντά στην Τουλόν της Γαλλίας που τοποθετήθηκαν φέτος. Η ομάδα διερευνά επίσης και μια πιθανή τρίτη περιοχή στα ανοιχτά της Πύλου στην Ελλάδα (Πρόκειται για το τηλεσκόπιο νετρίνων NESTOR που ξεκίνησε στις αρχές της δεκαετίας του 1990 από τον Λεωνίδα Ρεσβάνη και προϋπήρξε του KM3NeT). Παρά το γεγονός ότι η πλήρης ανάπτυξη της διάταξης αναμένεται να διαρκέσει άλλα 3 χρόνια τουλάχιστον, το τηλεσκόπιο έχει ήδη ανιχνεύσει μερικά νετρίνα.
Οι μηχανικοί φρόντισαν να κατασκευάσουν ένα τηλεσκόπιο που θα μπορούσε να αντέξει τις δύσκολες συνθήκες στο βυθό της Μεσογείου, ενώ ταυτόχρονα θα ελαχιστοποιούσε τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Δεν υπάρχει τίποτα τοξικό, τίποτα δεν είναι πραγματικά επικίνδυνο από τα υλικά που χρησιμοποιούνται στους ανιχνευτές. Όλα πρέπει να γίνονται με πολύ μεγάλη προσοχή ώστε όλα τα υλικά που χρησιμοποιούνται να αντέξουν την υψηλή πίεση και να μην διαβρωθούν στο θαλασσινό νερό.
Συνολικά η όλη προσπάθεια αποτελεί έναν εντυπωσιακό τεχνολογικό άθλο.
Διαβάστε περισσότερα: «An Underwater Telescope to Study Sky and Sea«
Διαβάστε επίσης: «Το τηλεσκόπιο νετρίνων κυβικού χιλιομέτρου στον βυθό της Πύλου;«
physicsgg.me
ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ
ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ
ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
Πάνω από 50 νήπια είναι υπεράριθμα στον Δήμο Σπάτων-Αρτέμιδας!
ΣΧΟΛΙΑΣΤΕ
