טכנולוגיה לזיהוי "חלקיקי רפאים", נייטרנים קוסמיים בעלי תכונות מיוחדות

במסגרת הכנס הבינלאומי השנתי לאלקטרו פיזיקה - Opto-Tech, תציג פרופ' דפנה גואטה מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת אריאל, את חשיבותם של חלקיקי הנייטרינו לחקירה של בסיס הפיזיקה במקורות אסטרופיזיקליים. וזאת תוך התמקדות בטכנולוגיה שפותחה על מנת לבנות גלאי שיוכל לזהות את החלקיקים החמקמקים – הנייטרנים.

"הנייטרינים", מסבירה  פרופ' גואטה, "בשל תכונותיהם המיוחדות, ללא מטען חשמלי ומסה מזערית, מאפשרים לקבל מידע שלא ניתן לקבל בדרך אחרת. תכונותיהם מאפשרות לצפות במקומות מאד רחוקים ולדעת על התרחשויות היסטוריות מתחילת היקום. הנייטרינים עשויים לעזור בהבנת אחד מסודות היקום - גילוי מקור הקרינה הקוסמית. הקרינה הקוסמית זו אנרגיה ברמה מאד גבוהה, הכוללת שטף של פוטונים, שמהווים ככל הנראה סוג של שריד מהמפץ הגדול, וזו אחת מהשאלות החשובות בהבנת היקום".

פרופ' גואטה, בונה מודלים, באמצעות נוסחאות שיאפשרו את התנאים הטובים ביותר לגילוי ואיתור.  מודלים שיעניקו הסבר על המקורות האפשריים של הנייטרינים.

כמו כן פרופ' גואטה לוקחת חלק בפרויקט ישראלי לגילוי מקור גלי הכבידה, פרויקט ששותף למחקר בינלאומי פורץ דרך בהבנת היקום. הפרויקט הוא חלק מתגלית במדידת גלי כבידה מכוכבי נייטרונים. גילוי מקורות נוספים של נייטרינים וגלי כבידה, יאפשר יצירת מפה של מאיצי קרינה קוסמית ומחקר מתקדם על פעילותם.

בהרצאתה בכנס תעסוק בטלסקופים העקריים לזיהוי הנייטרינו באנרגיה גבוהה, IceCube שבקוטב הדרומי ו-KM3Net שנמצא בצד השני של העולם בים התיכון.

IceCube הניוטרינו טלסקופ ממוקם בתחנת הקוטב הדרומי אמונדסן-סקוט באנטארקטיקה. והוא מורכב מ-5,610 חיישנים אופטיים כדוריים הנקראים מודולים אופטיים דיגיטליים (DOM - Digital Optical Modules). המודולים הללו מסודרים לאורך 86 כבלים אנכיים, שלכל אחד מהם שישים מודולים הממוקמים בנפח של ק"מ מעוקב אחד של קרח שקוף ובעומק הקרח של 1450 עד 2450 מטר. המודולים האופטיים יזהו את האור האופטי הנפלט מחלקיקים טעונים חשמלית הנעים במהירות, שכל אחד הוא תוצאה של התנגשות בניטרינו בעל אנרגיה גבוהה שחדר לכדור הארץ.

KM3Net טלסקופ שנועד להקיף שטח של מס' ק"מ מעוקבים, והוא למעשה ניסוי עתידי שיתמקם בחלק העמוק ביותר של הים התיכון, בשני מקומות שונים: האחד  טולון (צרפת) והשני ORCA , מול   נמל  פורטופאלו די קאפו פסרו (איטליה). -ARCA, מול Portopalo di קאפו פסרו (איטליה).

המטרה העיקרית תהיה זיהוי ניטרינו מאירועים מרוחקים ומקטסטרופות אסטרופיזקליות כגון,  שרידי סופרנובה, התפרצויות קרני גמא או כוכבים מתנגשים. הוא גם יחפש חומר אפל ביקום.

כמו ב-IceCube הוא יהיה מורכב ממודול אופטי דיגיטלי (DOM) המסודר לאורך כבלים אנכיים לאורך מערך KM3Net ויוכל לזהות את קרינת הצ'רנקוב המופק על ידי מיואונים המיוצרים על ידי אינטראקציות נייטרינים בים. כל מודול אופטי דיגטלי כזה הוא מודול עצמאי עם 31 צינורות בגודל 3 אינץ' בתוך כדור זכוכית בגודל 17 אינץ'. הניסוי יכלול מכשור הן למחקר מדעי הן עבור כדור הארץ והן עבור הים ואף ינטר באופן מקוון בעומק של מספר קילומטרים בסביבת הים.

הפיתוח של טכנולוגיית המודולים האופטייים דיגיטלים (DOM - Digital Optical Modules) הוא עקרוני ובסיסי לצורך הרחבת האפשרות לזהות את מקורות הניטרינו מבעד לרקע.

פרופ דפנה גואטה. צילום: יח"צ המכללה האקדמית אורט בראודה