Maa sisemusest avastati kummalised osakesed

 (16)
Maa sisemusest avastati kummalised osakesed
Neutriinodetektor. Foto·: LNGS-INFN---

Rahvusvaheline töörühm avastas Maa sügavustest pärinenud subatomaarsed osakesed ning loodavad, et leiud aitavad geoloogidel mõista, kuidas planeedi sügavuses tekkiv energia mõjutab maavärinate ning vulkaanipursete esinemist.

Maailma suurim tuumareaktor on ilmselt Maakera ise, mille kütuseks on uraan ning toorium. Ent siiski pole tänaseni täielikult selge, kui suurt rolli pidevalt lagunevad radioaktiivsed elemendid Maa kütmises mängivad. Samuti ei saa seetõttu oletada, kuidas see mõjutab vahevöös toimuvat konvektsiooni — pidevat ning aeglast sulakivimite ringlust, mis kannab soojust Maa sisemusest pinnale. Konvektsioon põhjustab omakorda laamade teotoonikat ning sellega kaasnevaid nähtusi nagu kontinentide liikumine, vulkaanipursked ning maavärinad. Saab vaid oletada, kas radioaktiivne lagunemine on Maa soojendamises põhitegija, vahendab Fyysika.ee.

Miljonite valgusaastate kaugusel toimuvaid protsesse on tihti tunduvalt kergem vaadelda kui piiluda Maa sisemusse. Teadurid Itaalia tuumafüüsika instituudi Gran Sasso laboratooriumites kinnitasid aga oma hiljutiste leidudega, et teadlased on leidnud selleks sobiva tööriista. Borexino eksperimendi töörühma tulemused toetuvad Jaapani KamLANDi eksperimendi abil avastatud geoneutriinodele — kummalistele osakestele, mis tekivad raskete tuumade lagunemisel.

Tavalised neutriinod on ilma laenguta ning inertsed fundamentaalosakesed, mis jõuavad Maale nii kosmiliste kiirtena kui ka pideva voona Päikeselt. Geoneutriinod on aga antineutriinod — neutriinode antiaine paariline ning tekivad uraani, tooriumi ja kaaliumi radioaktiivsel lagunemisel.

Päikeselt pärinevad neutriinod tekitavad detektoriga kokku puutudes üht tüüpi signaali, mil geoneutriinod tekitavad teistlaadi signaali. Kuna geoneutriinosid on aga tuhandetes kordades vähem, avastatakse neid aastas vaid mõned. Gran Sasso eksperiment algas 2009. aasta detsembris ning ajakirjas Physics Letters B avaldatud uurimus kirjeldab selle aja jooksul kogutud tulemusi. Arvatakse, et Maa koores ning vahevöös lagunemisel tekkiv energia moodustab enamiku Maa sisemust kütvast soojusest. Borexino eksperimendi abil avastatud neutriinod kinnitavad seda hüpoteesi.

Borexino projekt asetseb ligi miili sügavusel Gran Sasso mäe sees, et varjestada detektoreid radiatsiooni ning kosmiliste kiirte eest nagu seda on näiteks vesiniku ja heeliumi tuumad. Neutriinosid on raske avastada, kuna enamik neist läbib ainet puhtalt, sellega seejuures vastastikmõjus olemata. Eksperimendis kasutatav detektor koosneb nailonist tehtud kerast, mis sisaldab 1,000 tonni vedelas olekus süsivesinikke. Sfääri poole, mis asetseb omakorda teraskeras, on suunatud rivi ülitundlikke fotodetektoreid. Kõike seda ümbritseb veel 2400 tonni puhastatud vett, mis asub ligi 16 meetrise läbimõõduga terasest keras.

Kuigi algselt oli Borexino eksperiment mõeldud vaid madala energiaga Päikese neutriinode, mitte geoneutriinode avastamiseks, leidsid teadlased peatselt, et detektorid saab ka viimaseks kasutada. “Eksperimenti ehitades mõistsime, et meil on võimalused ka Maa-siseste radioaktiivsete protsesside tagajärjel tekkivate neutriinode avastamiseks,” ütleb Cristiano Galbiati, üks 88 teadlasest, kes projekti juures töötavad.

Geoneutriinode tähtsus sai selgeks 1960. aastatel, kuid põhjalikumalt hakati valdkonnaga tegelema ligi kolmkümmend aastat hiljem, mil Lawrence Krauss, Sheldon Glashow ja David Schramm teadusharule aluse panid. Esimesed geoneutriinod avastati 2005. aastal Jaapani ja USA töörühma poolt KamLANDi detektori abil, kui see täheldas madala energiaga antineutriinode ülejääki.

Teadlased loodavad, et uute detektorite rajamisel kogutava informatsiooni abil on võimalik tulevikus ennustada vulkaanipursete ning maavärinate ilmnemist. Gran Sasso töörühma tulemusi tunnustas ka Thomas Duffy, Princetoni geoteaduste professor: “See on tähtis ning paljulubav avastus, mis aitab paremini mõista, millest Maa koosneb, kuidas Maakera töötab.”