Japán középső részén, Gifu prefektúrában található az Ikeno-hegy, amely alatt 1996 óta működik a világ egyik legjelentősebb részecskefizikai kutatóközpontja. A Super-Kamiokande nevű létesítményt egy régi tudományos probléma megoldására hozták létre. A fizikusok már a 20. században felismerték, hogy a Nap belsejében, a csillagrobbanások során és a Föld légkörében is neutrínók keletkeznek, ezek megfigyelése azonban komoly kihívást jelentett.
A szellemrészecskékként is emlegetett neutrínók elektromos töltés nélküli, rendkívül apró tömegű elemi részecskék, amelyek közel fénysebességgel mozognak. Szinte észrevétlenül haladnak át az anyagon, így másodpercenként óriási mennyiségük jut keresztül az emberi testen is.
A Super-Kamiokande egy egykori bánya területén, mintegy ezer méterrel a felszín alatt helyezkedik el. A több mint 41 méter magas és 39 méter átmérőjű tartályban 50 ezer tonna gondosan tisztított víz található, falain pedig mintegy 13 ezer rendkívül érzékeny fényérzékelő sorakozik. A hatalmas vízmennyiségre azért van szükség, mert a neutrínók csak nagyon ritkán lépnek kölcsönhatásba az anyaggal. Amikor ez mégis megtörténik, olyan töltött részecskék keletkezhetnek, amelyek halvány, kékes fényt bocsátanak ki a vízben. Ezt Cserenkov-sugárzásnak nevezik, amelynek felvillanásait a tartály falára szerelt műszerek érzékelik.
A begyűjtött adatokból a tudósok következtetni tudnak az érkező neutrínók tulajdonságaira. A hegy vastag kőzetrétege közben a zavaró kozmikus sugárzás jelentős részét kiszűri, így a rendkívül gyenge jelek könnyebben felismerhetők.
A Super-Kamiokande egyik legfontosabb eredményét 1998-ban érték el, amikor a kutatók bizonyítékot találtak arra, hogy a neutrínók mozgásuk közben képesek típust váltani. A neutrínóoszcillációnak nevezett jelenség igazolta, hogy ezek a részecskék rendelkeznek tömeggel, ami alapjaiban változtatta meg a részecskefizikáról alkotott korábbi elképzeléseket.
A kutatások azóta is folytatódnak. A tudósok 2020-ban gadolíniumot tartalmazó vegyületet juttattak a tartály vizébe, hogy hatékonyabban azonosíthassák a távoli csillagrobbanásokból származó neutrínókat. A fejlesztésnek köszönhetően 2026 júniusában először találtak biztató jeleket az univerzum története során bekövetkezett szupernóva-robbanások összesített neutrínósugárzására, bár a megfigyelés egyelőre további megerősítésre szorul.
Eközben már épül a Super-Kamiokande utódja, a Hyper-Kamiokande is, amely körülbelül ötször akkora vízmennyiséggel működik majd. Az új létesítményben a tervek szerint 2028-ban kezdődhetnek meg a megfigyelések, amelyek a neutrínók tulajdonságainak és a világegyetem működésének pontosabb megértését segíthetik.
Olvasd el ezt is!