JUNO, prvý z novej generácie veľkých neutrínových experimentov, by mohol pomôcť vyriešiť jednu z otvorených otázok časticovej fyziky.
Experiment JUNO, centrálna akrylová sféra fotonásobiča. Zdroj: MFF UK. Autor: JUNO
Neutrínový experiment JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory) úspešne dokončil plnenie svojho detektora s bezprecedentnou hmotnosťou 20 000 ton kvapalným scintilátorom a spustil zber fyzikálnych dát.
JUNO je prvým z novej generácie veľkých neutrínových experimentov. Do tejto fázy dospel po viac než dekáde príprav a konštrukcie. Na projekte sa od jeho počiatku podieľajú aj výskumníci z Matematicko-fyzikálnej fakulty Univerzity Karlovej (MFF UK) v Prahe.
Vyrieši hádanku časticovej fyziky?
Počiatočné skúšobné spustenie a zber dát ukazujú, že kľúčové indikátory kvality spĺňajú alebo prekračujú očakávania. Mohlo by to prispieť k vyriešeniu jednej z hlavných otvorených otázok časticovej fyziky tejto dekády, poradia neutrínových hmotností, teda či je tretí neutrínový hmotnostný stav (ν₃) najťažší alebo najľahší.
JUNO tiež poskytne o niečo vyššiu presnosť niekoľkých parametrov neutrínových oscilácií a umožní výskum neutrín zo Slnka a z výbuchov supernov a tiež neutrín produkovaných kozmickým žiarením v atmosfére a v rádioaktívnych rozpadoch vnútri Zeme. Toto zároveň otvorí nové okno v pátraní po neznámej fyzike vrátane hľadania sterilných neutrín a rozpadu protónu.
Pozrite si
Vedúcu úlohu má Čína
Neutrínový experiment JUNO združuje vyše 700 výskumníkov zo 74 inštitúcií 17 krajín a regiónov, predovšetkým z Číny a Európy. Skupina vedcov a študentov z MFF UK v Prahe je aktívnym členom kolaborácie JUNO od jej založenia v roku 2013. Vedúcim tímu MFF UK v Prahe je Ing. Vít Vorobel, PhD., z Ústavu časticovej a jadrovej fyziky MFF UK v Prahe.
Vedúcu úlohu v rámci experimentu zohráva Ústav vysokých energií Čínskej akadémie vied. Prof. Jifang Wang vysvetľuje: „Dokončenie plnenia detektora JUNO a odštartovanie zberu dát sú historickým míľnikom. Po prvýkrát máme v prevádzke taký veľký a taký presný detektor zameraný na neutrína. JUNO nám umožní odpovedať na fundamentálne otázky o vlastnostiach hmoty a vesmíru.“
Detektor JUNO sa nachádza 700 metrov pod zemou neďaleko mesta Ťiang-men v provincii Kuang-tung v južnej Číne. Zariadenie deteguje antineutrína produkované jadrovými elektrárňami Tchaj-šan a Jang-ťiang vo vzdialenosti 53 km a meria ich energetické spektrum s rekordnou presnosťou. Na rozdiel od iných prístupov nie je určovanie poradia neutrínových hmotností v experimente JUNO závislé od efektu prechodu neutrína hmotou Zeme.
Pohľad na detektor JUNO zvonku. Priemer centrálnej časti je 35 metrov. Zdroj: MFF UK. Autor: JUNO
Priebeh prác
Podzemné práce sa začali v roku 2015. O šesť rokov neskôr sa v roku 2021 začala inštalácia detektora. Zariadenie bolo dokončené v roku 2024. Nasledovalo plnenie detektora, ktoré prebehlo v dvoch fázach. Najprv tím počas 45 dní plnil 60 000 ton ultračistej vody za udržiavania rozdielu hladín medzi vnútrajškom a vonkajškom akrylovej sféry na úrovni centimetrov – pri udržiavaní nepresnosti prítoku menej než 0,5 percenta z dôvodu zabezpečenia integrity detektora.
V druhej fáze, ktorá prebiehala počas nasledujúcich šiestich mesiacov, bolo 20 000 ton kvapalného scintilátora plnených do akrylovej sféry s priemerom 35,4 m, pričom scintilátor „vytesňoval” skôr napustenú vodu. V priebehu procesu museli byť dodržiavané prísne požiadavky na ultravysokú čistotu, optickú priezračnosť a extrémne nízku rádioaktivitu. Súčasne prebiehalo odhaľovanie detektora, jeho uvádzanie do prevádzky a optimalizácia, čo umožnilo hladký prechod do úplného spustenia zberu dát po ukončení plnenia.
Srdce experimentu Juno
Srdcom experimentu je centrálny detektor s kvapalným scintilátorom, ktorý sa nachádza v strede valcového vodného bazénu. Nerezová konštrukcia s priemerom 41,1 metra nesie akrylovú sféru naplnenú scintilátorom s priemerom 35,4 metra, 20 000 fotonásobičov 20“, 25 600 fotonásobičov 3“, elektroniku, kabeláž, cievky kompenzujúce magnetické pole a optické panely. Fotonásobiče pracujú nezávisle a zachytávajú svetlo scintilácií z interakcií a konvertujú ich na elektrické signály.
Zariadenie JUNO je navrhnuté na 30 rokov vedeckej prevádzky s možnosťou jeho upgradu, po ktorom by sa stalo vedúcim experimentom skúmajúcim dvojný beta rozpad. Taký upgrade by zisťoval absolútne hodnoty hmotnosti neutrín a skúmal by, či sú neutrína majoranovskými časticami. Tým sa mieri na fundamentálne otázky spájajúce časticových fyzikov, astrofyzikov a kozmológov, ktoré formujú naše porozumenie vesmíru.
Zdroj: TS MFF UK
(zh)
