המתקן, JUNO שמו מורכב ממכל ענק המקיף מערך גלאים. המכל מכיל חומר הגורם לנצנוץ אשר נרשם בגלאים ובכך מאפשר לזהות אירוע של נייטרינו, את סוגו ומסתו, שכן חלקיקי הנייטרינו משתנים לסוגים שונים עם היווצרותם
במעבדת הנויטרינו התת-קרקעית הענקית של סין, מתקן שנקרא JUNO מוכן לפעולה. מטרתו היא לחקור את מסת הנויטרינו, חלקיקי יסוד קטנים ומסתוריים הנמצאים ביקום. התחנה שבג’יאנגמן צפויה לסייע בפענוח חידת סדר המסה של הנויטרינו, כלומר, לקבוע איזה סוג נייטרינו כבד יותר.
גלאי הנייטרינו של JUNO מתוכנן לצפות בנייטרינו המגיעים מתחנות כוח גרעיניות סמוכות, כמו גם ממקורות טבעיים אחרים כגון השמש ותהליכים גאולוגיים בתוך כדור הארץ. בסיס הטכנולוגיה שלו הוא גלאי בצורת כדור בקוטר של 35 מטר, המהווה מכל במשקל 20 אלף טונות שבתוכו נוזלי סצינטילטור (נצנוץ). הנוזל הזה פולט אור כאשר חלקיקי נייטרינו חודרים אליו ונתקלים באטומים בתוך הנוזל, מה שמאפשר לגלאי לרשום את האירועים.
הטכנולוגיה של גלאי נייטרינו כמו JUNO נדרשת להיות רגישה במיוחד, מאחר שחלקיקי הנייטרינו מעט מאוד אינטראקטיביים עם חומר אחר. למעשה, רבים מהם חולפים דרך כדור הארץ ללא כל אינטרקציה. כדי לזהות את אותם חלקיקים שכן חולפים דרך הנוזל, יש צורך לבדוק את הסצינטילטור הנוזלי כדי לוודא שהוא נקי מזיהומים, כדי שרקמת הרקע הרדיואקטיבית תהיה נמוכה ככל האפשר.
מסביב למכל מותקנים אלפי גלאי פוטון מתקדמים (ציידי פוטונים) שהמטרה שלהם לזהות את האור הנפלט מהסטינטילטור עקב אינטראקציה עם נייטרינו. כל תנודה של אור מתועדת וניתוח הנתונים מאפשר לחוקרים לגזור מידע על הנייטרינו, כגון אנרגיה, כיוון תנועה, וזהות.
המידע שנאסף מועבר לניתוח במערכות מחשב מתקדמות. על ידי שימוש במודלים מתמטיים ופיזיקליים, המדענים מנתחים את הנתונים ומסיקים מסקנות על תכונות הנייטרינו, כמו סדר המסה וההופעה השונה של סוגי הנייטרינו (התהוות).
ג’ונו יקלוט נייטרינוים ממקורות שונים, אך בעיקר משתי תחנות כוח גרעיניות שממוקמות במרחק של יותר מ-50 קילומטר מהמתקן. נייטרינוים אלה מהווים חלק מהקרינה הנפלטת במהלך תהליך הפיצול הגרעיני בתחנות. בזכות המרחק הקבוע והידוע מראש, המדענים יכולים לחשב את ההסתברות להתרחשות של שינוי בסוג הנייטרינו במהלך התנועה מהמקור לגלאי. דבר זה מאפשר לצוות המחקר לבחון את התנהגותם של חלקיקי הנייטרינו לאורך מרחק, לדעת כיצד הם מתנהגים ולאשש הנחות תיאורטיות לגבי הדרך שבה הם משנים סוג ואחר מסתם.
נייטרינו הם חלק מהמודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים, אך המסות והטווחים שלהם מהווים תעלומה בסיסית ביקום. על ידי פיענוח סדר המסה של חלקיקי הנייטרינו, יוכל פרויקט JUNO לתרום להבנת תכונות אלו ולשיפור כולל של ההבנה שלנו על היקום.
בעולם המחקר של פיזיקת חלקיקים ואסטרופיזיקה, מתקני גילוי נייטרינו מאפשרים לחוקרים להתמודד עם חלק מהשאלות המרכזיות ביותר על היקום. JUNO הוא אחד מהמתקנים החשובים בזירה הבינלאומית, אך קיימים מתקנים נוספים שמתמודדים עם אתגרים דומים או חוקרים שאלות קשורות באמצעות טכנולוגיות אחרות. כמה מהבולטים ביניהם הם:
Super-Kamiokande (Super-K)
נמצא ביפן, Super-K הוא אחד מהמתקנים המובילים בעולם בתחום חקר הנייטרינו. זהו גלאי נייטרינו תת-מימי אשר פועל מאז 1996. למעשה, גילויי הנייטרינו ב-Super-K תרמו ראיות קריטיות לכך שלנייטרינוים יש מסה, מה שהוביל לפרס נובל בפיזיקה ב-2015.
IceCube Neutrino Observatory
ממוקם בדרום הקוטב הדרומי, IceCube הוא גלאי נייטרינו בקנה מידה עצום המבוסס על קרח. הוא נועד לזהות נייטרינוים קוסמיים בעלי אנרגיה גבוהה מנייטרינוים שמקורם באטמוספירה של כדור הארץ או בשמש. IceCube שופך אור על תהליכים אסטרופיזיקליים הרחק ביקום ושימש לזיהוי מקורות חיצוניים של נייטרינוים קוסמיים.
T2K (Tokai to Kamioka)
מתקן נוסף ביפן, T2K הוא ניסוי המזהה נייטרינו שנשלחות ממתקן בTokai עד לגלאי בKamioka, למדוד התמרות בין סוגי נייטרינו ניסוי זה מספק תובנות על ההתמרות של נייטרינו במהלך תנועתם בחלל, מה שמאפשר לחוקרים ללמוד יותר על התכונות הבסיסיות של חלקיקים אלו. מתקן זה צפוי להתחיל לפעול בשנת 2027.
DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment)
גלאי , ה-DUNE הנמצא בשלבי הקמה בארצות הברית נועד להיות אחד ממתקני הנייטרינו הגדולים והמתוחכמים בעולם. עם מיקומו העתידי במעמקי מעבדת Sanford Underground Research Facility בדקוטה הדרומית, מטרת DUNE היא לנתח את חלקיקי הנייטרינו המגיעות ממאיץ החלקיקים Fermilab באילינוי במרחק של כ-1300 קילומטר. DUNE מיועד לחקור את תהליכי הפיצול והאיחוד של חלקיקי נייטרינו ולספק תובנות על סימטריה בין חומר לאנטי-חומר, וכן על התפקיד של חלקיקי הנייטרינו באבולוציה הקוסמולוגית.
כל אחד ממתקנים אלו, יחד עם JUNO, תורם בייחודיותו למכלול הידע המדעי על חלקיקי הנייטרינו ופותח חלון לפרקים חדשים בהבנת היקום.
עוד בנושא באתר הידען:
