Teleskopy neutrinowe - woda i lód

Teleskopy astronomiczne kojarzone są z mniejszymi lub większymi przyrządami skierowanymi w niebo albo wyniesionymi w przestrzeń kosmiczną. Jednak w ciągu ostatnich 40 lat uformowała się nowa gałąź astronomii, korzystająca z instrumentów znajdujących się głęboko pod ziemią. Przyrządy te obserwują neutrina, cząstki, które mają bardzo małą masę i prawie wcale nie oddziałują z materią.

Według szacunków fizyków, przez ciało każdego z nas w ciągu sekundy przelatują miliardy neutrin. Ale średnio tylko jedno w ciągu całego naszego życia zatrzyma się w naszym ciele. Ten brak oddziaływań z materią oznacza, że bardzo trudno taką cząstkę wykryć.

Detektor neutrin powinien być odpowiednio duży (co najmniej 1 kilometr sześcienny objętości), odpowiednio przezroczysty, aby wykryć promieniowanie Czerenkowa (najlepiej do tego nadaje się woda lub lód), umieszczony głęboko, aby nie wpływało na niego promieniowanie z powierzchni Ziemi (np. z rozpadu promieniotwórczego). Gdy już neutrino trafi w jądro cząsteczki wody lub lodu, spowoduje strumień różnych cząstek, znanych z eksperymentów w akceleratorach. Ich pozostałości będą świecić niebieskim światłem jako promieniowanie Czerenkowa, które wykryją odpowiednio rozmieszczone czujniki.

Detektory neutrin są konstruowane w rejonie Morza Śródziemnego (ANTARES - Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss Environmental Research, NESTOR - Neutrino Extended Submarine Telescope with Oceanographic Research), a jeden działa na dnie jeziora Bajkał (najgłębsze jezioro świata). Od roku 2000 pracuje AMANDA (Antarctic Muon and Neutrino Detector Array), detektor złożony z naturalnego lodu Antarktydy.

Następnym krokiem ma być IceCube, konstruowany pod biegunem południowym na głębokości od około 1,5 do 2,5 km. IceCube ma rozpocząć właściwe obserwacje w latach 2008-2009. Około 650 czujników detektora AMANDA rejestruje obecnie około 4 neutrin dziennie, pochodzących z reakcji promieniowania kosmicznego z ziemską atmosferą. Na biegunie południowym obserwuje się neutrina z północnej półkuli nieba, wykorzystując całą kulę ziemską jako filtr, który nie przepuści żadnych innych cząstek.

Ostatni etap konstrukcji detektora ANTARES rozpoczął się w lutym 2006 r., jego ukończenie planowane jest za około rok. ANTARES znajduje się na głębokości 2400 metrów niedaleko Toulon we Francji. Będzie zbudowany z 900 czujników optycznych. Ponadto, Unia Europejska rozpoczęła prace koncepcyjne nad KM3NeT, którego budowa ma rozpocząć się po 2010 roku.

Bardzo słabe oddziaływanie neutrin z materią ma jednak też plusy. W przeciwieństwie do fotonów, neutrino utworzone we wnętrzu Słońca może bez przeszkód wydostać się na zewnątrz i dotrzeć do Ziemi. Wykrycie neutrin słonecznych było dowodem, iż źródłem energii gwiazd są reakcje termojądrowe. Słoneczne neutrina interesują nie tylko astronomów, są też niezmiernie ważne dla fizyków. Są one istotnym testem dla tzw. modelu standardowego opisującego podstawowe oddziaływania fizyczne.

Neutrino jest dużo lepszym podróżnikiem niż foton światła. Ten drugi często jest pochłaniany lub rozpraszany przez materię. Natomiast neutrino może nie niepokojone przebyć olbrzymie odległości w kosmosie. Nowa generacja teleskopów ma wykrywać neutrina pochodzące z rozbłysków gamma (GRB - Gamma-Ray Bursts) i aktywnych jąder galaktyk (AGN - Active Galactic Nuclei).(PAP)