Indie, neutrina i największy magnes świata

To niejaka przewrotność ze strony natury, że badanie najmniejszych i najprostszych fragmentów materii wymaga konstruowania gigantycznych, skomplikowanych urządzeń. Oto w indyjskim stanie Tamil Nadu powstanie laboratorium neutrinowe, w którym między innymi znajdzie się 50 000-tonowy magnes.

Idea stworzenia Indyjskiego Obserwatorium Neutrinowego (India-based Neutrino Observatory – INO) pojawiła się już w roku 1989, jednak z różnych przyczyn nie doszło jeszcze do jej realizacji. Jednym z problemów była sama lokalizacja inwestycji. Pierwotnie wykorzystane miały być wielokilometrowe tunele w górach Nilgiri, należące do nieczynnej elektrowni, jednakże spotkało się to z ostrą reakcją obrońców środowiska. W roku 2008, gdy w pobliżu ustanowiono ścisły rezerwat przyrody, stało się jasne, że miejsca na to największe w Indiach przedsięwzięcie z dziedziny fizyki cząstek trzeba szukać gdzie indziej.

Ostatecznie, kilka dni temu INO dostało zielone światło od indyjskiego Ministerstwa Środowiska i Lasów na budowę pod wzgórzami Bodi West Hills w dystrykcie Theni. Opiewający na ćwierć miliarda USD projekt wymagać będzie między innymi wwiercenia się na ok. 2 km wgłąb wzgórza. Obserwatoria neutrin buduje się pod ziemią, na dnie mórz bądź pod antarktycznym lodem, aby zapewnić im osłonę przed cząstkami kosmicznymi, które „oślepiałyby” detektory.

Schematyczny wygląd kalorymetru INO.

Skoro mowa o detektorach neutrin, ten indyjski będzie pod wieloma względami wyjątkowy. Jego zasadniczą część stanowić będzie tzw. kalorymetr, w uproszczeniu służący do pomiaru całkowitej energii każdej wlatującej doń cząstki. Będzie się on składał z wielu warstw namagnesowanego żelaza, osiągających łączną masę 50 000 ton. Czynić go to będzie najcięższym magnesem świata, zostawiającym daleko w tyle swojego czterokrotnie lżejszego kuzyna z eksperymentu CMS przy Wielkim Zderzaczu Hadronów.

Neutrina od swojego odkrycia w latach 50. wciąż pozostają bardzo tajemniczymi cząstkami. Bardzo słabo oddziałują z materią, co czyni je szczególnie trudnymi w detekcji. Jednocześnie, fizycy są przekonani, że poznanie ich natury znacząco przybliży nas do zrozumienia takich zjawisk jak ciemna materia, asymetria między materią i antymaterią czy mechanizmy Wielkiego Wybuchu. INO ma pomóc w dokładnym określeniu masy każdego w trzech znanych rodzajów (tzw. „zapachów”) neutrin, a także szczegółów procesu tzw. oscylacji neutrin, w którym cząstki te spontanicznie zmieniają swój zapach.

Fizycy skupieni wokół INO roztaczają również wcale realną wizję współpracy z innymi centrami fizyki cząstek: europejskim CERN-em i amerykańskim Fermilabem, w ramach której neutrina produkowane tam w wysokoenergetycznych zderzeniach byłyby przesyłane przez wnętrze Ziemi (dla tych ultra-przenikliwych cząstek nie stanowi to żadnego problemu) i badane w Indiach. Podobne eksperymenty wykonuje się już w Europie i w Japonii – jednak nigdy jeszcze nie przesyłano wiązki neutrin przez całą planetę.