Sotto il Monte Ikeno, in Giappone, in una vecchia miniera che si trova a mille metri (3.300 piedi) sotto la superficie, si trova l'Osservatorio Super-Kamiokande (SKO). Dal 1996, quando ha iniziato a condurre osservazioni, i ricercatori hanno utilizzato il rilevatore Cherenkov di questa struttura per cercare segni di decadimento del protone e neutrini nella nostra galassia. Questo non è un compito facile, poiché i neutrini sono molto difficili da rilevare.
Ma grazie a un nuovo sistema informatico che sarà in grado di monitorare i neutrini in tempo reale, i ricercatori della SKO saranno in grado di ricercare queste particelle misteriose più da vicino nel prossimo futuro. In tal modo, sperano di capire come le stelle si formano e alla fine collassano in buchi neri, e nascondono un picco su come la materia è stata creata nel primo Universo.
I neutrini, in parole semplici, sono una delle particelle fondamentali che compongono l'Universo. Rispetto ad altre particelle fondamentali, hanno pochissima massa, nessuna carica e interagiscono solo con altri tipi di particelle attraverso la forza nucleare e la gravità deboli. Sono creati in vari modi, in particolare attraverso il decadimento radioattivo, le reazioni nucleari che alimentano una stella e nelle supernovae.
In accordo con il modello Big Bang standard, i neutrini lasciati dalla creazione dell'Universo sono le particelle più abbondanti esistenti. In qualsiasi momento, si ritiene che miliardi di miliardi di queste particelle si muovano intorno a noi e attraverso di noi. Ma a causa del modo in cui interagiscono con la materia (cioè solo debolmente) sono estremamente difficili da rilevare.
Per questo motivo, gli osservatori di neutrini sono costruiti in profondità per evitare interferenze da parte dei raggi cosmici. Si basano anche su rilevatori Cherenkov, che sono essenzialmente serbatoi d'acqua enormi che hanno migliaia di sensori che rivestono le loro pareti. Questi tentano di rilevare le particelle mentre vengono rallentate alla velocità locale della luce (cioè la velocità della luce nell'acqua), che è resa evidente dalla presenza di un bagliore, noto come radiazione Cherenkov.
Il rilevatore presso la SKO è attualmente il più grande al mondo. È costituito da un serbatoio cilindrico in acciaio inossidabile alto 41,4 m (136 piedi) e 39,3 m (129 piedi) di diametro, che contiene oltre 45.000 tonnellate (50.000 tonnellate statunitensi) di acqua ultrapura. All'interno sono montati 11.146 tubi fotomoltiplicatori, che rilevano la luce negli intervalli ultravioletti, visibili e del vicino infrarosso dello spettro elettromagnetico con estrema sensibilità.
Per anni, i ricercatori della SKO hanno utilizzato la struttura per esaminare neutrini solari, neutrini atmosferici e neutrini artificiali. Tuttavia, quelli creati dalle supernova sono molto difficili da rilevare, poiché appaiono improvvisamente e difficili da distinguere da altri tipi. Tuttavia, con il sistema informatico appena aggiunto, i ricercatori di Super Komiokande sperano che questo cambi.
Come ha spiegato Luis Labarga, fisico dell'Università Autonoma di Madrid (Spagna) e membro della collaborazione, in una recente dichiarazione al Servizio di notizie scientifiche (SINC):
“Le esplosioni di supernova sono uno dei fenomeni più energici nell'universo e la maggior parte di questa energia viene rilasciata sotto forma di neutrini. Ecco perché rilevare e analizzare i neutrini emessi in questi casi, diversi da quelli del Sole o di altre fonti, è molto importante per comprendere i meccanismi nella formazione delle stelle di neutroni - un tipo di residuo stellare - e buchi neri ”.
Fondamentalmente, il nuovo sistema informatico è progettato per analizzare gli eventi registrati nelle profondità dell'osservatorio in tempo reale. Se rileva un flusso anormalmente elevato di neutrini, avviserà rapidamente gli esperti che gestiscono i controlli. Saranno quindi in grado di valutare il significato del segnale in pochi minuti e vedere se proviene effettivamente da una supernova vicina.
"Durante le esplosioni di supernova viene generato un numero enorme di neutrini in un intervallo di tempo estremamente ridotto - pochi secondi - e questo è il motivo per cui dobbiamo essere pronti", ha aggiunto Labarga. "Questo ci consente di ricercare le proprietà fondamentali di queste affascinanti particelle, come le loro interazioni, la loro gerarchia e il valore assoluto della loro massa, la loro emivita e sicuramente altre proprietà che ancora non possiamo nemmeno immaginare."
Altrettanto importante è il fatto che questo sistema darà alla SKO la possibilità di emettere avvisi tempestivi ai centri di ricerca di tutto il mondo. Gli osservatori terrestri, in cui gli astronomi desiderano osservare la creazione di neutrini cosmici da parte delle supernova, saranno quindi in grado di puntare tutti i loro strumenti ottici verso la sorgente in anticipo (poiché il segnale elettromagnetico impiegherà più tempo ad arrivare).
Attraverso questo sforzo collaborativo, gli astrofisici potrebbero essere in grado di comprendere meglio alcuni dei neutrini più elusivi di tutti. Discernere il modo in cui queste particelle fondamentali interagiscono con gli altri potrebbe avvicinarci di più a una teoria unificata, uno dei principali obiettivi dell'Osservatorio Super-Kamiokande.
Ad oggi, esistono solo pochi rivelatori di neutrini nel mondo. Questi includono il rivelatore Irvine-Michigan-Brookhaven (IMB) in Ohio, l'Osservatorio Neutrino Subdury (SNOLAB) in Ontario, Canada e l'Osservatorio Super Kamiokande in Giappone.
