Perburuan partikel hantu mulai mendeteksi supernova yang tak terlihat

Untuk mengunjungi Super-Kamiokande, salah satu pendeteksi partikel terbesar di dunia, Anda harus melewati terowongan yang mengarah ke bagian dalam Bumi. Di jantung Gunung Ikeno, di Jepang, ada tambang yang ditinggalkan sedalam satu kilometer di mana sebuah waduk besar dan terang ada disitu. Interiornya dilapisi dengan 11.000 sensor, masing-masing dengan bentuk bola lampu besar, dan semuanya terendam dalam 50.000 ton air murni. Setelah renovasi besar-besaran selesai pada akhir Januari, instrumen ilmiah ini siap untuk mengambil langkah baru dalam sejarah sains: mendeteksi untuk pertama kalinya.

Volume Super-K yang sangat besar – sekitar empat puluh meter dan berdiameter banyak – diperlukan agar memiliki kesempatan untuk menangkap neutrino kecil, karena partikel-partikel hantu ini tidak memiliki muatan listrik dan secara harfiah melintasi ruang kosong atom. Kehadiran neutrino hanya bisa direkam dengan secara kebetulan, seseorang dapat mengenai inti atau elektron di dalam air, dan dengan demikian melepaskan kilatan cahaya singkat yang ditangkap oleh sensor. Mereka adalah partikel yang sangat banyak, tetapi tabrakan jarang terjadi: di setiap meter kubik air rata-rata hanya tiga per tahun yang terdaftar

Sumber neutrino yang luar biasa adalah supernova, berasal dari ledakan yang terjadi ketika bintang runtuh. “Di galaksi kita, ada dua atau tiga supernova setiap abad, tetapi di seluruh alam semesta, satu bintang meledak setiap detik,” kata Irene Tamborra, seorang astrofisika di Niels Bohr Institute di Denmark. bahwa neutrino yang dilepaskan oleh semua ledakan memenuhi ruang. Super-K yang diperbarui berjanji untuk meneliti pertama kalinya sup kosmik ini, yang disebut latar neutrino difus, untuk menjelaskan sejarah dan nasib alam semesta.

Reformasi detektor berlangsung selama delapan bulan dan menelan biaya 1.100 juta yen Jepang (8,8 juta euro). Tujuannya adalah untuk mempersiapkan tangki air agar bisa larut dalam beberapa bulan mendatang. Rencana berani untuk meningkatkan deteksi dan dengan demikian memisahkan sinyal supernova dari kebisingan. “Ini pertama kalinya kami membuka tangki dalam 12 tahun,” jelas direktur proyek Masayuki Nakahata dari Universitas Tokyo.

Selain mengganti beberapa ratus sensor yang rusak, para pekerja harus menutup semua sambungan tangki untuk menyelesaikan kebocoran yang tidak terdeteksi yang menyebabkan detektor kehilangan cairan pada kecepatan satu ton per hari. “Ketika hanya air murni yang keluar, kebocoran itu tidak masalah,” kata Mark Vagins, salah satu dari dua fisikawan yang memiliki ide doping air Super-K dengan gadolinium, kembali pada tahun 2003. Sekarang mereka telah meyakinkan para direktur Jepang dari percobaan untuk menambahkan elemen tanah jarang, tapi ternyata penyaringan tidak mendapat izin.