Κάτω από το όρος Ikeno της Ιαπωνίας, σε ένα παλιό ορυχείο που βρίσκεται χίλια μέτρα (3.300 πόδια) κάτω από την επιφάνεια, βρίσκεται το Παρατηρητήριο Super-Kamiokande (SKO). Από το 1996, όταν άρχισε να κάνει παρατηρήσεις, οι ερευνητές χρησιμοποιούν τον ανιχνευτή Cherenkov αυτής της εγκατάστασης για να αναζητήσουν σημάδια διάσπασης πρωτονίων και νετρίνων στον γαλαξία μας. Αυτό δεν είναι εύκολο καθήκον, καθώς τα νετρίνα είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστούν.
Αλλά χάρη σε ένα νέο σύστημα υπολογιστών που θα μπορεί να παρακολουθεί τα νετρίνα σε πραγματικό χρόνο, οι ερευνητές στο SKO θα είναι σε θέση να ερευνήσουν αυτά τα σωματίδια μυστηρίου πιο κοντά στο εγγύς μέλλον. Με αυτόν τον τρόπο, ελπίζουν να καταλάβουν πώς σχηματίζονται τα αστέρια και τελικά καταρρέουν σε μαύρες τρύπες και ρίχνουν μια κορυφή στο πώς δημιουργήθηκε η ύλη στο πρώιμο Σύμπαν.
Τα νετρίνα, με απλά λόγια, είναι ένα από τα θεμελιώδη σωματίδια που αποτελούν το Σύμπαν. Σε σύγκριση με άλλα θεμελιώδη σωματίδια, έχουν πολύ μικρή μάζα, χωρίς φορτίο και αλληλεπιδρούν μόνο με άλλους τύπους σωματιδίων μέσω της αδύναμης πυρηνικής δύναμης και της βαρύτητας. Δημιουργούνται με διάφορους τρόπους, κυρίως μέσω ραδιενεργών αποσυνθέσεων, των πυρηνικών αντιδράσεων που τροφοδοτούν ένα αστέρι και σε σουπερνόβες.
Σύμφωνα με το τυπικό μοντέλο Big Bang, τα νετρίνα που απομένουν από τη δημιουργία του Σύμπαντος είναι τα πιο άφθονα σωματίδια που υπάρχουν. Σε οποιαδήποτε δεδομένη στιγμή, τρισεκατομμύρια από αυτά τα σωματίδια πιστεύεται ότι κινούνται γύρω μας και μέσω μας. Αλλά λόγω του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν με την ύλη (δηλαδή μόνο ασθενώς) είναι εξαιρετικά δύσκολο να εντοπιστούν.
Για το λόγο αυτό, τα παρατηρητήρια νετρίνων είναι χτισμένα βαθιά υπόγεια για να αποφευχθούν παρεμβολές από κοσμικές ακτίνες. Στηρίζονται επίσης σε ανιχνευτές Cherenkov, οι οποίοι είναι ουσιαστικά τεράστιες δεξαμενές νερού που έχουν χιλιάδες αισθητήρες που επενδύουν στους τοίχους τους. Αυτές προσπαθούν να ανιχνεύσουν σωματίδια καθώς επιβραδύνονται στην τοπική ταχύτητα του φωτός (δηλαδή την ταχύτητα του φωτός στο νερό), η οποία καθίσταται εμφανής από την παρουσία μιας λάμψης - γνωστή ως ακτινοβολία Cherenkov.
Ο ανιχνευτής στο SKO είναι σήμερα ο μεγαλύτερος στον κόσμο. Αποτελείται από μια κυλινδρική δεξαμενή από ανοξείδωτο χάλυβα ύψους 41,4 m (136 ft) και διαμέτρου 39,3 m (129 ft), και κρατά πάνω από 45.000 μετρικούς τόνους (50.000 τόνους ΗΠΑ) εξαιρετικά καθαρού νερού. Στο εσωτερικό, τοποθετούνται 11.146 φωτοπολλαπλασιαστικοί σωλήνες, οι οποίοι ανιχνεύουν φως στο υπεριώδες, ορατό και σχεδόν υπέρυθρο εύρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος με εξαιρετική ευαισθησία.
Εδώ και χρόνια, ερευνητές στο SKO χρησιμοποίησαν την εγκατάσταση για να εξετάσουν τα ηλιακά νετρίνα, τα ατμοσφαιρικά νετρίνα και τα τεχνητά νετρίνα. Ωστόσο, αυτά που δημιουργούνται από σουπερνόβα είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστούν, καθώς εμφανίζονται ξαφνικά και δύσκολο να διακριθούν από άλλα είδη. Ωστόσο, με το σύστημα υπολογιστών που προστέθηκε πρόσφατα, οι ερευνητές του Super Komiokande ελπίζουν ότι θα αλλάξει.
Όπως εξήγησε ο Luis Labarga, φυσικός στο Αυτόνομο Πανεπιστήμιο της Μαδρίτης (Ισπανία) και μέλος της συνεργασίας, σε μια πρόσφατη δήλωση προς την Υπηρεσία Επιστημονικών Ειδήσεων (SINC):
«Οι εκρήξεις σουπερνόβα είναι ένα από τα πιο ενεργητικά φαινόμενα στο σύμπαν και το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ενέργειας απελευθερώνεται με τη μορφή νετρίνων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ανίχνευση και η ανάλυση των νετρίνων που εκπέμπονται σε αυτές τις περιπτώσεις, εκτός από αυτές που προέρχονται από τον Ήλιο ή άλλες πηγές, είναι πολύ σημαντικός για την κατανόηση των μηχανισμών στο σχηματισμό αστεριών νετρονίων –ένας τύπος αστρικών υπολειμμάτων– και μαύρες τρύπες ».
Βασικά, το νέο σύστημα υπολογιστή έχει σχεδιαστεί για να αναλύει τα γεγονότα που καταγράφονται στα βάθη του παρατηρητηρίου σε πραγματικό χρόνο. Εάν εντοπίσει ασυνήθιστα μεγάλες ροές νετρίνων, θα ειδοποιήσει γρήγορα τους ειδικούς που επανδρώνουν τους ελέγχους. Στη συνέχεια θα μπορούν να εκτιμήσουν τη σημασία του σήματος μέσα σε λίγα λεπτά και να δουν εάν προέρχεται πραγματικά από μια κοντινή σουπερνόβα.
«Κατά τη διάρκεια των εκρήξεων σουπερνόβα, παράγεται ένας τεράστιος αριθμός νετρίνων σε ένα εξαιρετικά μικρό χρονικό διάστημα - λίγα δευτερόλεπτα - και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πρέπει να είμαστε έτοιμοι», πρόσθεσε ο Labarga. «Αυτό μας επιτρέπει να ερευνήσουμε τις θεμελιώδεις ιδιότητες αυτών των συναρπαστικών σωματιδίων, όπως οι αλληλεπιδράσεις τους, η ιεραρχία τους και η απόλυτη αξία της μάζας τους, ο χρόνος ημίσειας ζωής τους, και σίγουρα άλλες ιδιότητες που ακόμα δεν μπορούμε να φανταστούμε».
Εξίσου σημαντικό είναι το γεγονός ότι αυτό το σύστημα θα δώσει στον SKO τη δυνατότητα να εκδίδει έγκαιρες προειδοποιήσεις σε ερευνητικά κέντρα σε όλο τον κόσμο. Τα επίγεια παρατηρητήρια, όπου οι αστρονόμοι επιθυμούν να παρακολουθήσουν τη δημιουργία κοσμικών νετρίνων από την σουπερνόβα, θα μπορούν τότε να κατευθύνουν όλα τα οπτικά τους όργανα προς την πηγή εκ των προτέρων (αφού το ηλεκτρομαγνητικό σήμα θα πάρει περισσότερο χρόνο για να φτάσει).
Μέσω αυτής της συλλογικής προσπάθειας, οι αστροφυσικοί μπορούν να κατανοήσουν καλύτερα μερικά από τα πιο αόριστα νετρίνα από όλα. Διαπιστώνοντας πώς αυτά τα θεμελιώδη σωματίδια αλληλεπιδρούν με άλλους θα μπορούσε να μας φέρει ένα βήμα πιο κοντά σε μια Μεγάλη Ενοποιημένη Θεωρία - έναν από τους κύριους στόχους του Παρατηρητηρίου Super-Kamiokande
Μέχρι σήμερα, υπάρχουν μόνο μερικοί ανιχνευτές νετρίνων στον κόσμο. Σε αυτά περιλαμβάνονται ο ανιχνευτής Irvine-Michigan-Brookhaven (IMB) στο Οχάιο, το Παρατηρητήριο Subdury Neutrino (SNOLAB) στο Οντάριο του Καναδά και το Παρατηρητήριο Super Kamiokande στην Ιαπωνία.
