Neutriinoteleskoobid: mis need on?

Enne veel, kui te selle lause lugemisega lõpule jõuate, on teie kehast läbi tormanud kümneid triljoneid neutriinosid – ülikergeid laenguta elementaarosakesi. Suur osa neist pärineb Päikese seest, mõned on tekkinud atmosfääris, teised on aga kaugete kosmiliste sündmuste, näiteks gammasähvatuste saadikud.

Osakestevoog on lakkamatu, kui ärevust pole põhjust tunda. Neutriinod hoolivad meist vähe, ainega nad praktiliselt ei vastastikmõjustu. Nad lendavad inimkehast läbi sama takistamatult kui majaseinast, kõige paksemast soomusest või planeedist Maa, kirjutab ajakiri

Tarkade Klubi

.

Selline tabamatus on füüsikutele ühest küljest meeltmööda. Kuna osake pikkade kosmiliste teekondade jooksul ei muutu, säilib nende näol ka info sündmuste kohta, mida teadlased muidu üldse või nii põhjalikult uurida ei saa. Nii on neutriinode vaatlemine ainus teadaolev viis galaktika aktiivses tuumades toimuvate protsessi uurimiseks.

“Suurem osa sellest, mida me universumi kohta teame, pärineb elektromagnetspektrumist,” selgitab Hispaania osakestefüüsik Juanjo Hernandez. “Pole palju teistsuguseid kosmilisi sõnumitoojaid, mis oleksid kasulikud. Neutriinod on väga kasulikud, kuna näitavad nende tekke allikat. Prootonite ja teiste tuumaosakeste puhul kaotab Maa magnetväli info nende tekkekohast.”

Tarkade Klubi juulinumbris:

• Koljatseadmed teaduse eesliinil

• Ülivõimekad rändlinnud

• Mehhiko lahe naftakatastroofi tegelik probleem

• Saksa Ordu hävitav lüüasaamine

• Telerite minevikust ja tulevikust

• Õnnegeeni otsingutel

Samuti pakuvad neutriinode omadused füüsikale veel piisavalt peamurdmist. Pikka aega arvati, et see rohkem kui poole sajandi eest avastatud osake on massita. Tosina aasta eest tehtud avastus, et neutriinol siiski on mass, sundis seniseid teooriaid uue pilguga üle vaatama. Äsja avaldasid teadlased ka veel esimesed tõendid selle kohta, kuidas üht tüüpi neutriinod end spontaanselt teiseks muudavad: mis teadlaste sõnul aitavad seletada neutriinode rolli meie universumi toimimistes.

Teisalt tõstatub loomulikult küsimus: kui osake lendab tavalisest ainest tabamatult läbi, kuidas seda siis uurida? Tuleb välja, et nii tabamatud neutriinod ka ei ole, ent vastasmõju teiste osakestega on harv juhus. Nende juhtude nägemiseks ehitatud seadmed kuuluvad füüsika kõige rohkem aukartust äratavate sekka.

Võtame näiteks Jaapani Super-Kamiokande observatooriumi. 1996. aastast töös olnud neutriinoteleskoop on omas vallas teerajaja, just seal tehtud vaatlused andsid märku neutriinode massist. Kilomeetri sügavuses vanas kaevanduses on umbes 40-meetrise läbimõõduga terassilinder, mis on teist samapalju kõrge. Silindrisse mahub 50 000 tonni ülipuhast vett ning tuhanded fotokordistid registreerivad iga neutriinodest märku andva sähvatuse.

Sähvatus tekib, kui neutriino põrkab vees oleva näiteks hapniku aatomiga ja tekitab elektroni või müüoni. Too liigub keskkonnas hetkeks suurema kiirusega, kui valgus seda samas keskkonnas teeks ning see tekitab sinaka valguskoonuse, mida tuntakse Tšerenkovi valguse nime all. Selle uurimine annab teavet, mis laadi sündmuse algatanud neutriino oli ja kust suunast see tuli.

Teadlaste hinnangul on korraliku pildi saamiseks tarvis seirata umbes kuupkilomeetri mahu jagu aines aset leidvaid sähvatusi. Aine peab seejuures olema küllalt tihe, et kokkupõrked saaksid toimuda, samas läbipaistev, et sähvatused näha oleks — nagu vesi või jää.

Mitu viimase aja neutriinoteleskoopi püüdlevad selle poole. Vahemere põhjas alustas 2008. aastal tööd ANTARES. 2500 meetri sügavusele on paigaldatud tosin 400 meetri pikkust anduritega varustatud liini, mis on otsapidi kinnitatud merepõhja. ANTARES hoiab andurid valvel neutriinode osas, mis on tulnud läbi Maa ja reageerivad mereveega.

Järgmisel aastal peaks lõunapoolusel valmima neutriinoteleskoop IceCube, mis kooneb 86 detektorite liinist. Need on lastud rohkem kui kilomeetri sügavustesse puuraukudesse Antarktika jääs.