ฟิสิกส์ของอนุภาคอวกาศ

ในส่วนลึกของทะเลเมดิเตอร์เรเนียน ห่างไกลจากท้องฟ้าสีครามสดใส มีสมบัติล้ำค่าซ่อนอยู่ มันไม่ใช่ซากเรืออับปางหรือแหล่งสะสมของโจรสลัด สิ่งประดิษฐ์ที่สูญหายหรือประติมากรรมแกะสลักจากน้ำ อันที่จริง เมื่อมองแวบแรกก็ดูเหมือนฟองอากาศที่เป็นระเบียบและอยู่นิ่งๆ แปลกๆ แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงช่องอากาศที่ติดอยู่เท่านั้น พวกมันเป็นทรงกลมแก้วที่เชื่อมต่อกันด้วยสายเคเบิล

ที่หยั่งราก

ถึงพื้นทะเล แนวแปลก ๆ นี้แกว่งไปมาเล็กน้อยตามกระแสน้ำ แปลกไปจากสภาพแวดล้อมของมหาสมุทรที่สวยงามโดยสิ้นเชิง แทนที่จะเป็นงานศิลปะที่มองเห็นได้เฉพาะสัตว์ทะเลและเรือดำน้ำ ประติมากรรมที่คาดไม่ถึงคือเครื่องตรวจจับนิวตริโนหรือนิวตริโนขนาดเล็กและไม่มีประจุสามารถผลิตขึ้นเอง

ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือสร้างขึ้นเมื่อรังสีคอสมิก (โปรตอนหรือนิวเคลียสที่หนักกว่า) กระทบชั้นบรรยากาศ แต่นักฟิสิกส์ที่ สนใจนิวตริโนจากระยะไกลมากกว่า เช่น กาแล็กซีที่อยู่ห่างไกล ในกรณีดังกล่าว รังสีคอสมิกจะถูกสร้างขึ้นเมื่อเร่งความเร็วและชนกับตัวกลางที่หนาแน่น

ซึ่งแตกต่างจากอนุภาคมีประจุ นิวตริโนไม่ได้ถูกเบี่ยงเบนโดยสนามแม่เหล็กที่แผ่ซ่านไปทั่วจักรวาล นอกจากนี้ พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับสสารอย่างอ่อนมากจนสามารถเดินทางในระยะทางไกลข้ามอวกาศได้โดยไม่ถูกดูดกลืนหรือกระจัดกระจาย การตรวจจับนิวตริโนดังกล่าวและย้อนรอยเส้นทางของนิวตริโน

จึงช่วยให้สามารถระบุแหล่งที่มาของจักรวาลได้ อย่างไรก็ตาม อนุภาคของอะตอมเหล่านี้ตรวจจับได้ยากกว่าอนุภาคที่สร้างขึ้นบนโลกเพราะมีจำนวนน้อยมาก แหล่งที่มาของนิวตริโนในจักรวาลที่ระบุได้มีเพียงแห่งเดียวคือดวงอาทิตย์และซูเปอร์โนวา SN1987A ทั้งคู่ได้รับการยืนยันในทศวรรษที่ 1980 

โดยใช้เครื่องตรวจจับของญี่ปุ่น ซึ่งมีน้ำบริสุทธิ์พิเศษ 3,000 ตันในห้องทดลองที่ลึกลงไป 1,000 เมตรใต้พื้นดิน แต่นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์คาดหวังมากกว่านั้นจากท้องฟ้านิวตริโน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่พลังงานที่สูงกว่า 10 12  eV (TeV) ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมพวกเขาจึงหันไปหามหาสมุทร 

ซึ่งแตกต่าง

จากเครื่องตรวจจับผู้สืบทอดที่ใหญ่กว่า การใช้มหาสมุทรหมายความว่าไม่จำเป็นต้องขุดอาคารใต้ดินขนาดใหญ่และไม่จำกัดว่าเครื่องตรวจจับจะใหญ่แค่ไหน ความสวยงามอย่างหนึ่งของน้ำในมหาสมุทรคือทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันตามธรรมชาติจากอนุภาคที่มีประจุพื้นหลัง (ส่วนใหญ่เป็นมิวออน)

ที่สร้างขึ้นจากรังสีคอสมิกซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ในชั้นบรรยากาศ เพื่อลดการปนเปื้อนนี้ กล้องโทรทรรศน์นิวตริโนยังมุ่งความสนใจไปที่การสังเกตการณ์นิวตริโนที่กำลังพุ่งสูงขึ้นที่ผ่านเข้ามายังโลก กล่าวอีกนัยหนึ่ง กล้องโทรทรรศน์เหล่านี้สังเกตท้องฟ้าอีกด้านหนึ่งของโลก โดยใช้ดาวเคราะห์เป็น “ตัวกรอง” 

อนุภาคขนาดยักษ์ที่ยอมให้นิวตริโนเท่านั้นผ่านเข้าไปได้ แต่สิ่งที่ดึงดูดความสนใจหลักของนักฟิสิกส์ในมหาสมุทรก็คือตัวน้ำเอง ซึ่งเปลี่ยนทะเลให้กลายเป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาดยักษ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จะตรวจจับ “แสงเชเรนคอฟ” ที่เกิดจากอนุภาคมีประจุที่เกิดขึ้นเมื่อนิวตริโนทำปฏิกิริยากับนิวเคลียส

ของอะตอม อนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสงในน้ำ และสร้างรูปกรวยของแสงสีน้ำเงินในมุมที่กำหนดโดยคำนึงถึงทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาค (รูปที่ 1) ซึ่งเป็นกระบวนการที่คล้ายกับการสร้างคลื่นกระแทกของเสียง ในสภาพแวดล้อมที่มืดและโปร่งใส แสง นี้สามารถตรวจพบได้ด้วย

มองทะลุโลก

แนวคิดอันไกลโพ้นในการติดเครื่องตรวจจับนิวตริโนที่ก้นทะเลได้รับการเสนอครั้งแรกในปี 1960 โดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต  แต่ไม่ถึงปี 1970 สหรัฐฯก็เริ่มสร้างกล้องโทรทรรศน์นิวตริโนใต้ทะเลตัวแรกนอกชายฝั่งฮาวาย  เครื่องตรวจจับนิวทริโนและนิวตริโนใต้น้ำลึก (DUMAND) 

เนื่องจากอยู่ในซีกโลกเหนือ เครื่องตรวจจับได้รับการออกแบบให้ค้นหานิวตริโนจากท้องฟ้าทางใต้ ในด้านตรงข้ามของโลก ในทิศทางนั้นคือพื้นที่ด้านในของกาแลคซีของเรา ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่ามีหลุมดำมวลมหาศาลและแหล่งเร่งอนุภาคอื่นๆ อีกมากเหลือเฟือที่อาจผลิตนิวตริโนในจักรวาล

การติดตั้งที่วางแผนไว้ และติดตั้งเครื่องตรวจจับในทะเลลึกตั้งแต่นั้นมา รวมถึงสายเคเบิลแนวตั้งที่มีความสูงหลายร้อยเมตร หรือที่เรียกว่า “เส้น” จะต้องทอดสมอลงสู่พื้นทะเลที่ความลึก 4800 ม. และตรึงให้อยู่ในแนวดิ่งด้วยทุ่นลอยน้ำ เส้นเหล่านี้จะรองรับกลุ่มของโฟโตมัลติพลายเออร์

ที่ได้รับการปกป้องจากแรงดันในมหาสมุทรในทรงกลมแก้วหนาหนึ่งเซ็นติเมตรที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณครึ่งเมตร อาร์เรย์นี้จะต้องเชื่อมต่อกับชายฝั่งผ่านสายเคเบิลอิเล็กโทรออปติกยาว จ่ายไฟให้กับเครื่องตรวจจับและให้การสนับสนุนใยแก้วนำแสงสำหรับการรับส่งข้อมูล

แต่ความท้าทายทางเทคโนโลยีนั้นยิ่งใหญ่มาก ก็ยังไม่เสร็จสมบูรณ์ การทำงานใต้น้ำหมายถึงการรับมือกับแรงดันสูง การกัดกร่อน และขั้วต่อที่รั่ว และคุณไม่สามารถดำลงไปเพื่อซ่อมแซมได้ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2525 ถึง พ.ศ. 2530 ต้องมีการปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาในทะเลถึง 14 ครั้ง ก่อนที่สายต้นแบบอัตโนมัติ

ไร้คนขับสายแรกจะจัดการตรวจจับเส้นทางการเคลื่อนที่ของมิวออนในชั้นบรรยากาศ ตรวจสอบความถูกต้องของหลักการตรวจจับตาม และเริ่มการติดตั้งสายเคเบิลหลัก ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2536 สายแรกเชื่อมต่อกัน แต่อีกไม่กี่ชั่วโมงต่อมาถังแรงดันรั่ว ทำให้เกิดการลัดวงจรและทำให้การสื่อสารกับอุปกรณ์

ที่ติดตั้งขาดหายไปในที่สุด ตัวคูณโฟโตมัลติพลายเออร์ จากนั้นจึงใช้เพื่อสร้างพลังงานและทิศทางที่เข้ามาของนิวตริโนต้นกำเนิดใหม่ แม้ว่าทั้ง จะใช้หลักการนี้ แต่แท็งก์น้ำของพวกเขาก็ไม่ใหญ่พอที่จะตรวจจับการไหลของนิวตริโนในจักรวาลที่จางมาก อย่างไรก็ตามมหาสมุทร

Credit : เว็บสล็อตแท้ / สล็อตเว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์