ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ ΝΕΤΡΙΝΩΝ

ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ ΝΕΤΡΙΝΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

  Αστρονομία νετρίνων ονομάζεται ο νεότατος κλάδος της αστρονομίας που ασχολείται με την ανίχνευση και τη μέτρηση της σωματιδιακής ακτινοβολίας νετρίνων που εκπέμπει ο Ήλιος.

Αστρονομία νετρίνων ονομάζεται ο νεότατος κλάδος της αστρονομίας που ασχολείται με την ανίχνευση και τη μέτρηση της σωματιδιακής ακτινοβολίας νετρίνων που εκπέμπει ο Ήλιος

  Ασχολείται επίσης με την ανίχνευση νετρίνων που εκλύονται κατά την έκρηξη των σουπερνόβα και με τον προσδιορισμό της μέσης νετρινικής ακτινοβολίας στο Σύμπαν, η προέλευση της οποίας ανάγεται στην πρωταρχική έκρηξη.

ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΤΩΝ ΝΕΤΡΙΝΩΝ

  Στην αστρονομία νετρίνων, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν ειδικές υπόγειες εγκαταστάσεις, όπως οι SAGE, GALLEX, και Kamioka II / III για την ανίχνευση των νετρίνων. Αυτά τα νετρίνα προέρχονται κυρίως από τον ήλιο αλλά και από την σούπερνοβα.

Στην αστρονομία νετρίνων, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν ειδικές υπόγειες εγκαταστάσεις, όπως οι SAGE, GALLEX, και Kamioka II / III για την ανίχνευση των νετρίνων

 Η αστρονομία νετρίνων παρουσιάζει μια χαρακτηριστική ιδιομορφία. Σε αντίθεση με όλα τα υπόλοιπα αστρονομικά παρατηρητήρια που βρίσκονται σε ψηλά σημεία, κατά κανόνα σε κορυφές βουνών ή και σε τεχνητούς δορυφόρους, τα "τηλεσκόπια" που ανιχνεύουν την ακτινοβολία νετρίνων είναι τοποθετημένα σε μεγάλο βάθος κάτω από την επιφάνεια της γης, συνήθως σε στοές ορυχείων ή στον υποθαλάσσιο χώρο.

Οι κοσμικές ακτίνες, οι οποίες αποτελούνται από πολύ υψηλής ενέργειας σωματίδια που μπορούν να διασπαστούν ή να απορροφηθούν κατά την είσοδό τους στην ατμόσφαιρα της Γης και να οδηγήσει σε κλιμάκωση των σωματιδίων που μπορεί να ανιχνευθούν με τα τρέχουσα παρατηρητήρια

  Οι κοσμικές ακτίνες, οι οποίες αποτελούνται από πολύ υψηλής ενέργειας σωματίδια που μπορούν να διασπαστούν ή να απορροφηθούν κατά την είσοδό τους στην ατμόσφαιρα της Γης και να οδηγήσει σε κλιμάκωση των σωματιδίων που μπορεί να ανιχνευθούν με τα τρέχουσα παρατηρητήρια. Επιπλέον, ορισμένοι μελλοντικοί ανιχνευτές νετρίνων μπορεί επίσης να είναι ευαίσθητοι στα σωματίδια που παράγονται όταν οι κοσμικές ακτίνες χτυπούν τη γήινη ατμόσφαιρα.

ΗΛΙΑΚΑ ΝΕΤΡΙΝΑ

 Τα ηλιακά νετρίνα σχηματίζονται κατά τη διάρκεια θερμοπυρηνικών αντιδράσεων και κυρίως αντιδράσεων πρωτονίου-πρωτονίου, που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του Ήλιου. Επειδή η πιθανότητα απορρόφησής τους από την ύλη είναι ελάχιστη, διασχίζουν ανεμπόδιστα όλα τα εσωτερικά στρώματα της ηλιόσφαιρας, εξέρχονται από την ηλιακή επιφάνεια και διαδίδονται ελεύθερα στο διάστημα.

Τα ηλιακά νετρίνα σχηματίζονται κατά τη διάρκεια θερμοπυρηνικών αντιδράσεων και κυρίως αντιδράσεων πρωτονίου-πρωτονίου, που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του Ήλιου

  Η αστρονομία νετρίνων αποτελεί, επομένως, την κυριότερη πειραματική μέθοδο για να ελεγχθεί η ακρίβεια του θεωρητικού μοντέλου που έχουν κατασκευάσει οι αστροφυσικοί, και το οποίο αφορά τις φυσικές συνθήκες που επικρατούν στο εσωτερικό του Ήλιου, όπως είναι η κατανομή των στοιχείων της μάζας, της πίεσης, της θερμοκρασίας κ.λπ.

Η αστρονομία νετρίνων αποτελεί, επομένως, την κυριότερη πειραματική μέθοδο για να ελεγχθεί η ακρίβεια του θεωρητικού μοντέλου που έχουν κατασκευάσει οι αστροφυσικοί, και το οποίο αφορά τις φυσικές συνθήκες που επικρατούν στο εσωτερικό του Ήλιου

 Για το σκοπό αυτό αρκεί να συγκριθεί η παρατηρούμενη ροή νετρίνων μ' αυτήν που υπολογίζεται από το ρυθμό των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων που προβλέπει το θεωρητικό μοντέλο.

ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ ΝΕΤΡΙΝΩΝ

  Κατά την περίοδο 1970-1990 κατασκευάστηκαν και λειτούργησαν πέντε ανιχνευτές νετρίνων, δύο στις Ηνωμένες Πολιτείες, ένας στην πρώην Σοβιετική Ένωση, ένας στη Δυτική Ευρώπη και ένας στην Ιαπωνία. Ήταν τοποθετημένοι όλοι σε μεγάλο βάθος κάτω από την επιφάνεια της γης, για να προστατευτούν οι μετρήσεις από την κοσμική ακτινοβολία, που στα συνηθισμένα επίγεια παρατηρητήρια θα τις καθιστούσε πρακτικά αδύνατες.

Ένας τεράστιος ανιχνευτής νετρίνων

 Ο γνωστότερος ανιχνευτής νετρίνων είναι μία γιγάντια δεξαμενή που περιέχει 400 τόνους υπερχλωροαιθυλενίου και βρίσκεται σε βάθος 800 μέτρων σ' ένα παλιό χρυσωρυχείο στο Χέιμστικ (Ηamesteak) στη Νότια Ντακότα. Τα ηλιακά νετρίνα που "συλλαμβάνει" η δεξαμενή, παρά τη σχεδόν μηδαμινή αλληλεπίδρασή τους με την ύλη που τα χαρακτηρίζει, έχουν τη δυνατότητα να μετατρέπουν ένα πολύ μικρό ποσοστό των πυρήνων του χλωρίου-37 σε πυρήνες του στοιχείου αργό-37. Ανάλογες διατάξεις χρησιμοποιήθηκαν και στους υπόλοιπους ανιχνευτές, με εξαίρεση αυτόν που λειτούργησε μεταξύ 1986-1990 στην Καμιόκα της Ιαπωνίας. Στον τελευταίο χρησιμοποιήθηκε μια διαφορετική μέθοδος εντοπισμού των νετρίνων, μετρώντας τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται από τα μόρια του νερού λόγω της διέλευσης των νετρίνων.

Κατά την περίοδο 1970-1990 κατασκευάστηκαν και λειτούργησαν πέντε ανιχνευτές νετρίνων, δύο στις Ηνωμένες Πολιτείες, ένας στην πρώην Σοβιετική Ένωση, ένας στη Δυτική Ευρώπη και ένας στην Ιαπωνία

  Επί μία ολόκληρη εικοσαετία οι μετρήσεις παρουσίασαν σοβαρές αποκλίσεις από τις τιμές που είχαν υπολογιστεί θεωρητικά, καθώς η ποσότητα των ηλιακών νετρίνων που ανιχνεύτηκε μόλις και έφθανε το 1/3 της αρχικά αναμενόμενης. Για την ερμηνεία αυτού του "ελλείμματος νετρίνων", όπως καθιερώθηκε να αποκαλείται, προτάθηκαν αρκετές θεωρίες, που χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες. Η πρώτη ανάγει την ασυμφωνία θεωρίας-παρατήρησης σε σφάλματα του θεωρητικού μοντέλου που περιγράφει την εσωτερική δομή του Ήλιου. Η δεύτερη υποστηρίζει ότι οι γνώσεις για τη φύση και τις ιδιότητες του νετρίνου είναι ατελείς, με αποτέλεσμα η ανίχνευσή του με βάση το χλώριο ή το νερό να μην είναι πλήρης.

ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ GΑLLΕΧ

  Ένα σημαντικό βήμα για τη λύση του προβλήματος αυτού έγινε το χρονικό διάστημα από 14 Μαΐου 1991 έως 29 Απριλίου 1992, όταν τέθηκε σε λειτουργία ο ανιχνευτής GΑLLΕΧ στο πλαίσιο ενός κοινού ερευνητικού προγράμματος της Γαλλίας, της Γερμανίας και της Ιταλίας. Η κύρια διάταξη του GΑLLΕΧ στηρίζεται στη μετατροπή λόγω της επίδρασης των νετρίνων του στοιχείου γάλλιο-71 σε γερμάνιο-71. Πλεονεκτεί δε από την αντίστοιχη αντίδραση του χλωρίου, εφόσον είναι σε θέση να ανιχνεύσει και νετρίνα χαμηλής ενέργειας, κάτω των 0,232 ΜeV. Αποτελείται από μία δεξαμενή που περιέχει 30 τόνους διαλύματος τριχλωριούχου γαλλίου και βρίσκεται σε βάθος 1.200 μέτρων στη σήραγγα του Gran-Sassο, 100 χλμ. ανατολικά της Ρώμης.

Η κύρια διάταξη του GΑLLΕΧ στηρίζεται στη μετατροπή λόγω της επίδρασης των νετρίνων του στοιχείου γάλλιο-71 σε γερμάνιο-71

 Από τις μετρήσεις, κατά τις οποίες διαπιστώθηκε μεταστοιχείωση 5 πυρήνων γαλλίου σε γερμάνιο κάθε τρεις εβδομάδες, προέκυψε για πρώτη φορά μια αρκετά καλή προσέγγιση του θεωρητικού μοντέλου του Ήλιου με την παρατήρηση, δίνοντας προς το παρόν στην Ευρώπη το προβάδισμα στον σύγχρονο αυτό κλάδο της αστρονομίας. Η αμερικανική απάντηση αναμένεται να είναι ο ανιχνευτής Αμάντα, που άρχισε να κατασκευάζεται τον Μάρτιο του 1992 στην Ανταρκτική. Σε μία επιφάνεια με εμβαδό 50 τετραγ. μέτρα, τοποθετήθηκαν 180 φωτοπολλαπλασιαστές σε βάθος 1 χλμ. κάτω από τους πάγους. Υπολογίζεται ότι καθώς τα νετρίνα θα διασχίζουν τα στρώματα του πάγου θα εκπέμπουν ασθενείς φωτεινές αναλαμπές, που στη συνέχεια θα ενισχύονται, ώστε να μπορούν να καταγραφούν σε ειδικές συσκευές μέτρησης.

ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ ΝΕΤΡΙΝΙΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ

  Το 1994 στον νεότατο και πολλά υποσχόμενο κλάδο της αστρονομίας νετρίνων εισήλθε και η Ελλάδα με το ερευνητικό πρόγραμμα ΝΕSΤΟR. Το πρόγραμμα περιλαμβάνει την τοποθέτηση ενός ανιχνευτή νετρίνων σε βάθος 4.000 μέτρων στη θάλασσα, 15 χλμ. νοτιοδυτικά από την Πύλο, όπου βρίσκεται το φρέαρ των Οινουσών, που είναι το βαθύτερο σημείο της Μεσογείου. Στο πρόγραμμα ΝΕSΤΟR συνεργάζονται το Πανεπιστήμιο Αθηνών, ο Δημόκριτος, το Αστεροσκοπείο Αθηνών, το Πανεπιστήμιο Κρήτης, καθώς και ερευνητικές ομάδες από τις Ην. Πολιτείες, την Ιταλία, τη Γερμανία και τη Ρωσία. Η πειραματική διάταξη αποτελείται από 56 ευαίσθητους φωτοπολλαπλασιαστές κλεισμένους στεγανά σε γυάλινους κώδωνες, που με τη σειρά τους είναι προσαρμοσμένοι σ' έναν τεράστιο μετάλλινο σκελετό, σχήματος χταποδιού.

Οι φωτοπολλαπλασιαστές θα ενισχύουν τις φωτεινές αναλαμπές που παράγονται δευτερογενώς στο νερό, καθώς τα νετρίνα θα αλληλεπιδρούν με την ύλη

 Οι φωτοπολλαπλασιαστές θα ενισχύουν τις φωτεινές αναλαμπές που παράγονται δευτερογενώς στο νερό, καθώς τα νετρίνα θα αλληλεπιδρούν με την ύλη. Η τελική επεξεργασία των σημάτων θα γίνεται από ηλεκτρονικούς υπολογιστές στη στεριά, σ' ένα νεοκλασικό κτίριο που παραχώρησε ο Δήμος της Πύλου.