náhled|Detail fotonásobiče (PMT - 50 cm) používaného v detektoru Super-Kamiokande. Tyto extrémně citlivé senzory lemují vnitřek nádrže a detekují slabé záblesky Čerenkovova záření. Super-Kamiokande (také Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment) je podzemní detektor neutrin a dalších částic využívající Čerenkovovo záření. Nachází se v bývalém dole Mozumi poblíž města Kamioka v prefektuře Gifu v Japonsku. Detektor je umístěn přibližně 1 000 metrů pod zemským povrchem a obsahuje přibližně 50 000 tun vody.
Super-Kamiokande je určen především ke studiu neutrin, zejména atmosférických a slunečních neutrin. Experiment se rovněž zabývá hledáním rozpadu protonu a dalšími otázkami částicové fyziky. náhled|Panel osazený fotonásobiči (PMT), které slouží k zachycení slabých světelných záblesků Čerenkovova záření v detektoru. náhled|Model detektoru Super-Kamiokande v měřítku 1:135 zobrazující jeho umístění v podzemí a vnitřní uspořádání.
Konstrukce a umístění Detektor se nachází hluboko pod zemí v bývalém dole Mozumi. Velká hloubka omezuje množství kosmického záření, které představuje nežádoucí pozadí při měření neutrin. Podle údajů Nobelovy nadace se detektor nachází přibližně 1 000 metrů pod povrchem a obsahuje 50 000 tun vody.
Hlavní část zařízení tvoří velká válcová nádrž naplněná ultračistou vodou. Její vnitřní stěny jsou osazeny velkým množstvím fotonásobičů, které zaznamenávají slabé záblesky světla vznikající při interakcích částic ve vodě.
Super-Kamiokande byl uveden do provozu v roce 1996. Vědecká spolupráce následně využila detektor například k měření slunečních neutrin a ke studiu atmosférických neutrin.
Princip detekce Neutrina mají velmi malou pravděpodobnost interakce s běžnou hmotou, a proto mohou procházet velkými objemy látky téměř bez interakce. Při vzácné interakci neutrina s vodou však může vzniknout nabitá částice, například elektron nebo mion.
Pokud se nabitá částice pohybuje ve vodě rychleji než světlo ve vodě, vzniká Čerenkovovo záření. Jeho světlo je zachycováno fotonásobiči umístěnými na stěnách detektoru. Z časového a prostorového rozložení zaznamenaného světla lze určit vlastnosti vzniklé částice, například její směr a energii, a z těchto údajů získat informace o původním neutrinu.
Výzkum neutrin Jedním z hlavních výsledků experimentu bylo pozorování anomálie v počtu atmosférických mionových neutrin. V roce 1998 spolupráce Super-Kamiokande publikovala analýzu dat, podle níž počet pozorovaných mionových neutrin závisel na zenitovém úhlu. Výsledky byly konzistentní s oscilacemi neutrin, zejména s přeměnou mionových neutrin na tauová neutrina.
Takaaki Kadžita později popsal, že pozorovaný rozdíl mezi neutriny přicházejícími z různých směrů souvisel s délkou jejich dráhy Zemí. Neutrina vznikající v atmosféře na opačné straně Země urazí k detektoru podstatně delší vzdálenost než neutrina vznikající přímo nad detektorem. Tento rozdíl poskytl podmínky pro pozorování oscilací neutrin.
Oscilace neutrin mají významný důsledek: mohou nastat pouze tehdy, pokud neutrina mají nenulové klidové hmotnosti. Pozorování Super-Kamiokande tak poskytlo důkaz fyziky přesahující původní podobu Standardního modelu částicové fyziky, v němž byla neutrina považována za bezhmotná.
Nobelova cena Za objev oscilací neutrin byla v roce 2015 udělena Nobelova cena za fyziku Takaakimu Kadžitovi a Arthuru B. McDonaldovi. Nobelova nadace uvedla, že ocenění bylo uděleno „za objev oscilací neutrin, který ukazuje, že neutrina mají hmotnost“. Kadžita byl oceněn za svou práci spojenou s experimentem Super-Kamiokande, zatímco McDonald za výsledky experimentu Sudbury Neutrino Observatory (SNO) v Kanadě.
Vztah k experimentu Kamiokande Super-Kamiokande navazuje na předchozí experiment Kamiokande, který byl rovněž umístěn v dole Kamioka. Kamiokande umožnil mimo jiné pozorování neutrin ze Slunce a neutrin spojených se supernovou SN 1987A.
Masatoši Košiba, který byl spojen s experimentem Kamiokande, získal v roce 2002 Nobelovu cenu za fyziku za průkopnické příspěvky k astrofyzice, zejména za detekci kosmických neutrin.
Reference
Související články Čerenkovovo záření Neutrino Oscilace neutrin Kamiokande Hyper-Kamiokande Standardní model
Externí odkazy
Oficiální stránky Super-Kamiokande (anglicky) Kamioka Observatory (anglicky)[nedostupný zdroj] Oficiální fotogalerie detektoru Super-Kamiokande[nedostupný zdroj]
Kategorie:Detektory částic