Stor nøytrinodetektor oppdager de første tegnene på partikler fra eksploderende stjerner

I årene 2018-2020 gjennomgikk Super-K-detektoren en tank med 50 000 tonn renset vann under en kilometer stein nær Hida på den sentrale øya Honshu, en enkel, men viktig oppgradering, hvis mål var å øke evnen til å skille Supernova-nøytrinoer fra andre partikler.

Hvis en nøytrino - mer presist dens anti -partikkel, en antineutrino - kolliderer med et proton i vannet, kan denne protonen konvertere til noen få andre partikler, et nøytron og et anti -elektron. Anti -elektronet skaper et lysglimt mens du beveger seg i vannet i høy hastighet, og dette lyset fanges opp av sensorene som omgir veggene i tanken. Denne lysglimten alene kunne ikke skilles ut med lyset som genereres av nøytrinoer eller antineutrinos fra en rekke andre kilder.

Under oppgraderingen tilsatte forskere Super-K vann et gadoliniumbasert salt. Dette gjør det mulig å fange nøytron av Gadolinium -kjernen i virkningen av en antineutrino på vannet, som frigjør en annen karakteristisk energisekvens. Super-K-fysikere som leter etter supernova-neutrinos leter etter en rask rad med to lommelykter, en fra anti-elektron og den andre av fangen Neutron.

Kosmiske mysterier løser

Nakahata sier at det vil ta flere år for ekte supernova-signaler å dukke opp tydelig, siden dobbeltflash-signaler også kan komme fra andre nøytrino-kilder, inkludert de som er forårsaket av kosmiske stråler som rammer atmosfæren. Men inntil Super-K skulle stenge innen 2029, legger han til, skulle det ha samlet inn nok data til å samle inn et solid krav.

For å vise at nøytrinoer av fjerne supernovaer som fant sted for milliarder siden for år siden fremdeles eksisterte, ville bekrefte at nøytrinoer er stabile partikler og ikke går i oppløsning til noe annet, sier Nakahata. Dette er noe fysikere lenge har mistenkt, men som ikke har vist seg å bevise.

Måling av hele spekteret av energiene til supernova-neutrinos kan også gi informasjon om hvor mange supernovaer som har funnet sted på forskjellige epoker av kosmisk historie, sier Harada. I tillegg kan det avsløre hvor mange kollapsende stjerner som resulterte i et svart hull - som ville stoppe utslippet av nøytrinoer - i motsetning til å forlate en nøytronstjerne tilbake.