Az univerzum alapvető erőinek felfedezése - Vákuumtechnológia a világegyetem felfedezésében

Az univerzum alapvető erőinek felfedezése - Vákuumtechnológia a világegyetem felfedezésében

A SNOLAB fizikusai 2100 méterrel a Föld felszíne alatt kutatják az univerzum parányi és nehezen megfogható építőelemeit, a neutrínókat.
WoV-Snolab.jpg

A neutrínók semleges töltésű részecskék, amelyek gyakorlatilag a fény sebességével mozognak az űrben. Mivel nincs elektromos töltésük, alig lépnek interakcióba bármilyen anyaggal, így pedig gyakorlatilag akadálytalanul haladnak át mindenen. Ez lehetővé teszi, hogy hatalmas távolságokat járjanak be és eljussanak a Földre a legtávolabbi galaxisokból. Kutatásuk azonban megfoghatatlan természetük miatt különösen bonyolult.

Észlelés fényvillanásokkal

Ezeknek a parányi elemi részecskéknek a befogásához a kutatók lementek a felszín alá. A SNOLAB fizikai laboratórium egy nikkelbányában működik, a kanadai Sudbury városában (Ontario államban). A tudósoknak itt egy 5000 négyzetméteres tisztatér áll rendelkezésükre, miközben egy 2100 méter vastag kőzetréteg védi a laboratóriumot a kozmikus sugárzástól. Kizárólag a neutrínók képesek áthatolni ezen a pajzson. A létesítmény szívében állították fel a neutrínó-detektort, amely egy 12 méter átmérőjű, gömb alakú akril tartály.

A kísérletekhez, amelyek jelenleg az SNO+ elnevezés alatt futnak, ezt a tartályt feltöltötték 800 tonna speciális folyadékkal, amely egy lineáris alkilbenzol nevű szénhidrogént (LAB) tartalmaz. Ez a folyadék UV-sugárzást bocsát ki magából, ha ionizáló sugárzás hatásainak teszik ki. Az UV-sugárzás viszont stimulálja a folyadékban feloldott színezőanyagot, amely kék színnel fluoreszkál. Amikor a neutrínó áthalad a folyadékon és kellően megközelíti annak atommagját ahhoz, hogy kölcsönhatásba lépjen vele, akkor parányi fényfelvillanásokat generál. Ezeket a tartály körül elhelyezett rendkívül érzékeny műszerekkel észlelik.

A szubatomi részecskék sikeres észlelése érdekében minden nem kívánt anyagot el kell távolítani az LAB-ből. Ezt vákuumtechnológia használatával valósítják meg. Vákuumszivattyúk segítségével 20 millibar negatív nyomást generálnak a tisztítórendszerben. 238 fokos hőmérsékleten még a nehézfémek legapróbb nyomait is eltávolítják a folyadékból egy többlépcsős lepárlási folyamattal. Ezt követően vízpára és nitrogén halad át a folyadékon egy úgynevezett strippe toronyban, szintén vákuum alatt. Ez eltávolítja a radont, a kriptont, az argont és az oxigént, és szabályozza a folyadék víztartalmát. A vákuumszivattyúk kimeneténél elhelyezett leválasztók gondoskodnak a párák megbízható kinyeréséről. A tisztítási folyamatból kilépő gázokat itt lehűtik, cseppfolyósítják és gyűjtőtartályokba töltik.

Nobel-díj a neutrínó-kutatásért

Az új SNO+ kísérletek során az LAB váltja fel a nehézvizet, amellyel a tartály az eredeti SNO-projekt során fel volt töltve. Ezen első vizsgálatokért az SNO-kísérlet vezetője, Arthur McDonald, 2015-ben elnyerte a fizikai Nobel-díjat. 1999 és 2006 között nehézvizet használt azon neutrínók a kutatásához, amelyek a nukleáris fúzió során a Napban keletkeznek. Az eredmények azonban nem feleltek meg a standard fizikai modellek előrejelzéseinek, melyekben azt feltételezték, hogy a neutrínóknak nincs tömegük.

Ehelyett a felfedezett eltéréseket a neutrínó-oszcilláció alternatív elméletével magyarázták: a neutrínóknak három különböző típusa létezik (elektron, müon és tau neutrínók), amelyek képesek egymás között átalakulni. Ez azonban csak akkor lehetséges, ha van tömegük, bármilyen csekély legyen is az.

A nehézvízzel folytatott első kísérletekkel összehasonítva a neutrínók LAB-vel való kölcsönhatásai során jelentős mennyiségű fény keletkezik. Az új vizsgálatok legfontosabb célja a neutrínó-kibocsátás nélküli kettős béta-bomlás vitatott folyamatának kutatása, míg a folyékony LAB a Napból származó proton-elektron-proton (PEP) neutrínók vizsgálatára is felhasználható. A további célkitűzések között megemlíthetjük a Föld belsejében zajló radioaktív bomlási folyamatokból származó geo-neutrínók, valamint a nukleáris hasadási reakciókból származó neutrínók észlelését. Még a szupernóvákból származó neutrínókat is képesek lennének észlelni, ha bekövetkezne egy szupernóva-robbanás galaxisunkban. A kutatók abban reménykednek, hogy a neutrínó-észlelésekkel további betekintést nyerhetnek az univerzum alapvető erőinek működésébe.

A SNOLAB 2012 óta a Busch vákuumtechnológiáját használja.


Iratkozzon fel „A vákuum világa" hírlevélre!
Iratkozzon fel most, és mindig rendelkezzen naprakész ismeretekkel a vákuum világának legújabb lenyűgöző híreiről.

FELIRATKOZÁS