carderou: космос

Спрятавшись на глубине в 1 км под горой Икено, в цинковой шахте Камиока, в 290 км к северу от Токио (Япония) расположено место, о котором в качестве своего логова мечтал бы любой суперзлодей из какого-нибудь кинофильма или рассказа о супергоях. Здесь расположен «Супер-Камиоканде» (или «Супер-К») — нейтринный детектор. Нейтрино представляют собой субатомные фундаментальные частицы, очень слабо взаимодействующие с обычной материей. Они способны проникать абсолютно во все и везде. Наблюдение за этими фундаментальными частицами помогает ученым находить коллапсирующие звезды и узнавать новую информацию о нашей Вселенной. Издание Business Insider пообщалось с тремя сотрудниками станции «Супер-Камиоканде» и выяснило как здесь все работает и какие эксперименты здесь проводят ученые.

Погружаясь в субатомный мир

Нейтрино очень сложно обнаружить. Настолько сложно, что знаменитый американский астрофизик и популяризатор науки Нил Деграсс Тайсон однажды назвал их «самой неуловимой добычей в космосе».
«Материя не представляет для нейтрино никакой преграды. Эти субатомные частицы способны пройти через сотни световых лет металла и даже не замедлиться», — сказал Деграсс Тайсон.
Но зачем ученые вообще пытаются их уловить?
«Когда происходит вспышка сверхновой, звезда коллапсирует в себя и превращается в черную дыру. Если это событие происходит в нашей галактике, то детекторы нейтрино вроде того же «Супер-К» способны уловить выбрасываемые в рамках этого процесса нейтрино. Таких детекторов очень мало в мире», — объясняет Йоши Учида из Имперского колледжа Лондона.
Перед тем как звезда коллапсирует, она выбрасывает во все стороны космического пространства нейтрино, а лаборатории подобные «Супер-Камиоканде» служат в роли систем раннего предупреждения, которые говорят ученым в какую сторону смотреть, чтобы увидеть самые последние мгновения жизни звезд.
«Упрощенные расчеты говорят, что события взрыва сверхновой в радиусе, в котором наши детекторы могут их уловить, происходят лишь один раз в 30 лет. Другими словами, если вы пропустите одно, то придется ждать в среднем еще несколько десятилетий до следующего события», — говорит Учида.
Детектор нейтрино «Супер-К» не просто улавливает нейтрино, попадающие на него прямо из космоса. Кроме этого, на него передается нейтрино с экспериментальной установки T2K, расположенной в городе Токай, что в противоположной части Японии. Отправленному пучку нейтрино приходится проходить около 295 километров, после чего он попадает в детектор «Супер-Камиоканде», расположенный в западной части страны.
Наблюдение за тем, как нейтрино изменяются (или осциллируют) при движении через материю, может рассказать ученым больше о природе Вселенной, например, о взаимосвязи между материей и антиматерией.

«Наши модели «Большого взрыва» говорят о том, что материя и антиматерия должны были создаваться в равных пропорциях», — сказал в интервью Business Insider Морган Васко из Имперского Колледжа Лондона.
«Однако основная часть антиматерии по какой-то или по каким-то причинам исчезла. Обычной материи значительно больше чем антиматерии».
Ученые считают, что изучение нейтрино может стать одним из путей, благодаря которому ответ на эту загадку будет наконец-то найден.

Как «Супер-Камиоканде» улавливает нейтрино

Расположенный на глубине 1000 метров под землей, «Супер-Камиоканде» размером с 15-этажное здание представляет собой что-то вроде этого.

Схема детектора нейтрино «Супер-Камиоканде»
Огромный резервуар из нержавеющей стали в форме цилиндра заполнен 50 тысячами тонн специально очищенной воды. Проходя через эту воду нейтрино двигается со скоростью света.
«Нейтрино попадая в резервуар производят свет по схеме аналогичной тому, как «Конкорд» преодолевал звуковой барьер», — говорит Учида.
«Если самолет движется очень быстро и преодолевает звуковой барьер, то позади него создается очень мощная ударная звуковая волна. Аналогичным образом нейтрино проходя через воду и двигаясь быстрее скорости света создает световую ударную волну», — объясняет ученый.
На стенах, потолке и дне резервуара установлено чуть более 11 000 специальных позолоченных «лампочек». Они называются фотоумножителями и являются очень светочувствительными. Они-то и улавливают эти световые ударные волны, создаваемые нейтрино.

Выглядят фотоумножители так
Морган Васко описывает их как «обратные лампочки». Эти приборы настолько сверхчувствительны, что даже с помощью одного кванта света способны генерировать электрический импульс, который затем обрабатывается специальной электронной системой.

Не пей водицу, козленочком станешь

Чтобы свет от ударных волн, создаваемых нейтрино достиг сенсоров вода в резервуаре должна быть кристально чистой. Настолько чистой, что вы даже не можете себе представить. В «Супер-Камиоканде» она проходит постоянный процесс специальной многоуровневой очистки. Ученые даже облучают ее ультрафиолетовым светом, чтобы убить в ней все возможные бактерии. В итоге она становится такой, что аж жуть берет.
«Сверхочищенная вода может растворить все что угодно. Сверхочищенная вода здесь – очень и очень неприятная штука. Она обладает свойствами кислоты и щелочи», — говорит Учида.
«Даже капля этой воды может доставить вам столько неприятностей, что вам и не снилось», — добавляет Васко.

Люди плывут на лодке внутри резервуара «Супер-Камиоканде»

При необходимости провести техническое обслуживание внутри резервуара, например, для замены вышедших из строя сенсоров, исследователям приходится использовать резиновую лодку (на фото выше).
Когда Мэтью Малек был аспирантом Шеффилдского университета ему и еще двум студентам «посчастливилось» провести подобную работу. К концу рабочего дня, когда пришло время подниматься наверх, специально предназначенная для этого опускаемая гондола сломалась. Физикам ничего не оставалось делать, как обратно вернуться в лодки и ждать, пока ее починят.
«Я сразу не понял, когда лежал на спине в этой лодке и разговаривал с остальными, как крошечная часть моих волос, буквально не больше трех сантиметров длиной, прикоснулась к этой воде», — рассказывает Малек.
Пока они плавали внутри «Супер-Камиоканде», а ученые наверху чинили гондолу, Малек ни о чем не беспокоился. Он забеспокоился рано утром на следующий день, осознав, что произошло нечто жуткое.
«Я проснулся в 3 утра от невыносимого зуда на голове. Это был наверно самый жуткий зуд, который я когда-либо испытывал в своей жизни. Хуже, чем от ветрянки, которой я переболел в детстве. Он был настолько ужасен, что я просто не мог больше заснуть», — продолжил ученый.
Малек понял, что капля воды, попавшая на кончик его волос, «высосала досуха» из них все нутриенты и их дефицит достиг его черепа. Он в спешке побежал в душ и провел там более получаса, пытаясь вернуть в состояние свои волосы.
Еще одну историю рассказал Васко. Он слышал, что в 2000-м году при проведении технического обслуживания персонал спустил из резервуара воду и обнаружил на дне очертания гаечного ключа.
«Видимо этот ключ случайно оставил один из сотрудников, когда они заполняли резервуар водой в 1995 году. Спустив воду в 2000-м, они обнаружили, что ключ растворился».

«Супер-Камиоканде 2.0»

Несмотря на то, что «Супер-Камиоканде» и без того является очень большим детектором нейтрино, ученые предложили создать еще более крупную установку под названием «Гипер-Камиоканде».
«Если получим одобрение на строительство «Гипер-Камиоканде», то детектор будет готов к работе приблизительно в 2026 году», — говорит Васко.
Согласно предложенной концепции, детектор «Гипер-Камиоканде» будет в 20 раз больше «Супер-Камиоканде». В нем планируется использовать около 99 000 фотоумножителей.

15 малоизвестных фактов о теории Большого взрыва
Принятая большинством современного астрономического сообщества, Теория Большого Взрыва является преобладающей космологической моделью и ведущим объяснением того, как зародилась Вселенная. В то время, как основной принцип теории довольно хорошо известен (Вселенная была сформирована каким-то сверхмощным взрывом некой древней энергии, и с тех пор она расширяется), есть много фактов, которые большинство людей не знают.

1. Возраст Земли

Возраст Земли составляет 4,54 миллиарда лет.

Сторонники теории Большого взрыва полагают, что он произошел около 13,7 миллиарда лет назад. Возраст Земли составляет 4,54 миллиарда лет.

2. Скорость света

Такие непростые расчёты.

Согласно теории, Вселенная расширялась быстрее скорости света в первую секунду после ее рождения. Это, кстати, не нарушает принципов скорости Эйнштейна, поскольку он сказал, что скорость света - это максимальная скорость, с которой все может передвигаться во Вселенной … но не сама Вселенная.

3. Эйнштейн против

А Эйнштейн против!

Говоря об Альберте Эйнштейне, стоит вспомнить, что легендарный физик фактически отклонил теорию Большого взрыва, когда ему рассказали о ней. Эйнштейн отверг идею о том, что Вселенная могла бы возникнуть из гораздо меньшего и более плотного состояния.

4. «Космический туман»

«Космический туман».

Вселенную во всех направлениях пронизывает «космический туман», известный как космический микроволновый фон или реликтовое излучение. Он считается основным свидетельством теории Большого взрыва.

5. Расширение Вселенной

Теория Большого взрыва и теория расширения.

Несмотря на название теории, многие эксперты полагают, что явление, которое произошло 13,7 миллиарда лет назад, на самом деле было своего рода расширением, а не взрывом. Прения по этому поводу продолжаются до сих пор.

6. Ранняя Вселенная

Возможно, именно так выглядела ранняя Вселенная.

Некоторые ученые предполагают, что вся ранняя Вселенная могла когда-то быть пригодной для жизни. Они даже утверждают, что некоторые планеты могли содержать микробные формы жизни в течение примерно 15 миллионов лет после Большого взрыва.

7. Сингулярность

Вещество с бесконечной плотностью.

Как это ни удивительно, некоторые ученые считают, что перед Большим взрывом Вселенная была сжата в супергорячую и плотную массу, которая была всего несколько миллиметров в диаметре. Это состояние Вселенной до Большого взрыва также иногда называют «сингулярность». На самом деле, это непостижимо с точки зрения современной физики, поскольку вещество в таком состоянии должно иметь бесконечную плотность.

8. Первобытный атом

Это не чернота. Это первобытный атом.

Многие ученые полагают, что до появления сингулярности, позже превратившейся во Вселенную, не было ничего (времени, пространства или энергии). Единственную суперконцентрированную точку, которая позже стала Вселенной до Большого взрыва, называют «первобытным атомом» или «космическим яйцом».

9. Законы физики и химии

Всё решили первые минуты.

Сторонники теории Большого взрыва утверждают, что законы физики и химии сформировались в первые несколько долей первой секунды Большого взрыва. Эти законы проявляются в виде фундаментальных сил тяжести, электромагнетизма, сильных и слабых ядерных сил.

10. Теория устойчивого состояния Вселенной

Теория Большого взрыва и теория устойчивого состояния Вселенной.

Название теории было придумано ее самым большим противником, Фредом Хойлом. Английский астроном, который являлся сторонником теории устойчивого состояния Вселенной, впервые использовал термин «Большой взрыв» во время радиопередачи BBC в 1949 году.

11. Водород с «прикрепленным» нейтроном

Водород с «прикрепленным» нейтроном.

Было подсчитано, что ранняя Вселенная была горячей и достаточно плотной, чтобы в ней образовались фактически весь гелий, литий и дейтерий (водород с «прикрепленным» нейтроном), которые есть во Вселенной сегодня. В то время как легкие элементы формировались в первую секунду после Большого Взрыва, более тяжелые элементы позже «конденсировались» внутри звезд и распространились по Вселенной, благодаря вспышкам сверхновых.

12. Космический микроволновый фон

Космический микроволновый фон и просто голуби.
Когда ученые в 1964 году неожиданно обнаружили космический микроволновый фон, они понятия не имели, что это такое. Изначально даже предположили, что это проблема с антенной, вызванной обильным пометом голубей.

13. Флуктуации в 100 микроКельвинов

Флуктуации в 100 микроКельвинов

Флуктуации космического микроволнового фона составляет всего около 100 микроКельвинов, а это говорит о том, что ранняя Вселенная была почти на 100% однородной. Однако именно эти небольшие колебания образовали звезды, галактики и другие структуры, которые существуют во Вселенной сегодня.

14. Темная материя

Темная материя.

Что интересно, теория Большого взрыва объясняет далеко не все. К примеру, данная теория не может объяснить ряд фактов и явлений в пространстве (например, темную материю или темную энергию).

15. Облака изначального газа

Облака изначального газа

В 2011 году астрономы впервые нашли астрономические объекты без тяжелых элементов, когда они обнаружили нетронутые облака изначального газа. Поскольку в этих газовых облаках не было тяжелых элементов, они, вероятно, образовались в первые несколько минут после Большого Взрыва.

Большой интерес не только астрономов, но и всех, кто интересуется космосом,
вызывают 10 потрясающих космических явлений, обнаруженных учёными совсем недавно.