Πως ανιχνεύουμε νετρίνα

Ο περιβόητος ανιχνευτής νετρίνων OPERA στο Gran Sasso στην Ιταλία

(Η φυσιολογική συνέχεια της ανάρτησης «Πως φτιάχνουμε μια δέσμη νετρίνων»....)
Τεράστιος αριθμός νετρίνων καθημερινά και σε κάθε στιγμή διασχίζει το σώμα μας χωρίς να το αντιλαμβανόμαστε.
Νετρίνα που δημιουργούνται από τις πυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό του ήλιου, νετρίνα που δημιουργούνται από τις κοσμικές ακτίνες στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, νετρίνα που έχουν δημιουργηθεί από εκρήξεις σουπερνόβα, και επιπλέον αρχέγονα νετρίνα που δημιουργήθηκαν στα πρώτα λεπτά της δημιουργίας του σύμπαντος και αποτελούν τώρα το κοσμικό υπόβαθρο νετρίνων (αντίστοιχο του κοσμικού υποβάθρου της μικροκυματικής ακτινοβολίας).
Τα νετρίνα αλληλεπιδρούν σπάνια με την ύλη και μπορούν να διασχίσουν ακόμη και την Γη ολόκληρη χωρίς να αλληλεπιδράσουν. Όμως, έστω και ένα πολύ μικρό ποσοστό αλληλεπιδρά με την ύλη και γι αυτό άλλωστε γνωρίζουμε την ύπαρξή τους.
Αν ένα νετρίνο εισέλθει στον πυρήνα ενός ατόμου και (μιλώντας χονδρικά) φθάσει πολύ κοντά σε κάποιο κουάρκ (ή αντικουάρκ) - που αποτελούν τα συστατικά πρωτονίων και νετρονίων – τότε υπάρχει μια μικρή πιθανότητα το νετρίνο να «συγκρουστεί» με ένα κουάρκ ή αντικουάρκ. Το ίδιο μπορεί να συμβεί όταν ένα νετρίνο «συγκρούεται» με ένα ηλεκτρόνιο όταν βρεθεί κοντά σε κάποιο άτομο.
Αλλά αυτή η διαδικασία δεν συμβαίνει πολύ συχνά, διότι σχετίζεται με την ασθενή πυρηνική δύναμη.
Ας υποθέσουμε ότι ένα νετρίνο «χτυπάει» ένα κουάρκ ή αντικουάρκ στο εσωτερικό ενός ατομικού πυρήνα. Τι θα συμβεί στη συνέχεια;
Αν το νετρίνο έχει μεγάλη ενέργεια μπορεί να διασπάσει τον πυρήνα σε πρωτόνια και νετρόνια ή ακόμη να δημιουργηθούν μερικά πιόνια (ένας τύπος αδρονίων που συνίστανται όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια από κουάρκ και αντικουάρκ).
Το νετρίνο εν τω μεταξύ θα εξακολουθεί να μην ανιχνεύεται, τα ανακρουόμενα όμως πρωτόνια, νετρόνια και πιόνια μπορούν να παρατηρηθούν, διότι αλληλεπιδρούν στη συνέχεια με άλλους πυρήνες διασπώντας τους.
Στην πραγματικότητα υπάρχει και μια άλλη δυνατότητα. Μερικές φορές κατά την αλληλεπίδραση ενός νετρίνο με ένα κουάρκ ή αντικουάρκ, το νετρίνο μπορεί να «μετατραπεί» σε ένα φορτισμένο λεπτόνιο, όπως ένα ηλεκτρόνιο, ή μιόνιο ή ταυ.
Στην περίπτωση αυτή μπορούμε να ανιχνεύσουμε επιπλέον και το ηλεκτρόνιο (το μιόνιο ή τα προϊόντα διάσπασης του ταυ) στο οποίο «μεταμορφώθηκε» το νετρίνο.
Συνεπώς, μπορούμε να ανιχνεύσουμε νετρίνα έμμεσα, ανιχνεύοντας ηλεκτρόνια ή μιόνια ή πρωτόνια, νετρόνια και πιόνια, ως προϊόντα της σπάνιας αλληλεπίδρασης του νετρίνου με την ύλη.
Ένας τρόπος λοιπόν για την μελέτη των νετρίνων είναι η δημιουργία ισχυρών δεσμών νετρίνων (όπως αυτή που δημιουργείται στο CERN και κατευθύνεται στο Gran Sasso, στο πείραμα OPERA), και η κατασκευή ανιχνευτών που θα εντοπίζει πρωτόνια, νετρόνια, πιόνια, μιόνια ή και ηλεκτρόνια που εμφανίζονται όταν ένας πυρήνας αλληλεπιδρά με ένα νετρίνο.
Αλλά πρέπει να έχουμε υπομονή. Το πείραμα OPERA χρειάστηκε 3 χρόνια για να ανιχνεύσει περίπου 16000 νετρίνα, δηλαδή ελάχιστα νετρίνα κάθε μέρα.
Υπάρχουν πολλοί και διαφορετικοί ανιχνευτές νετρίνων στον κόσμο, που χρησιμοποιούν διαφορετικά υλικά και στρατηγική.
Μια συνηθισμένη τεχνική είναι η δημιουργία ενός τεράστιου ανιχνευτή γεμισμένου με νερό ή κάποιο άλλο υγρό, βαθιά κάτω από τη Γη για την αποφυγή του υποβάθρου που δημιουργείται από τις κοσμικές ακτίνες (Ο ελληνικός ανιχνευτής νετρίνων NESTOR, μέσα στη βαθιά θάλασσα της Πύλου χρησιμοποιεί το νερό της θάλασσας για τον σκοπό αυτό).
Υπάρχουν επίσης ανιχνευτές νετρίνων που βασίζονται στην ασθενή αλληλεπίδραση του νετρίνο με άτομα χλωρίου

ή με άτομα γαλλίου

που χρησιμοποιήθηκαν κυρίως για την επίλυση του προβλήματος των ηλιακών νετρίνων. (βλέπε «Νετρίνο: το σωματίδιο που απειλεί τα αξιώματα της Φυσικής».
profmattstrassler.com