Sudbury Neutrino Observatory

Sudbury Neutrino Observatory

SNO to kolejny eksperyment bazujący na detekcji promieniowania Czerenkowa, w odróżnieniu jednak od Super Kamiokande w tym przypadku zbiornik zawiera ciężką wodę. Głównym zadaniem eksperymentu będzie obserwacja neutrin pochodzących ze słonecznych rozpadów jąder boru 8B. Dzięki zamianie zwykłej wody na tę zawierającą deuter możliwe będzie, pomimo dużo mniejszej objętości detektora, wykrycie podobnej ilości neutrin jak w Super Kamiokande. Ciężka woda jest dosyć kosztowna substancją, jednak Kanada posiada jej dość duże rezerwy.
Kolaboracja SNO składa się z 12 instytucji z Kanady, Stanów Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii. Głównym organizatorem eksperymentu był nie żyjący już Herbert Chen z University of California w Irvine.
W eksperymencie wykorzystywana będzie głównie reakcja: d + ?e ? p + p + e- wywoływana jedynie przez neutrina elektronowe. Zachodzi ona około 10 razy częściej niż reakcja w SK. Energię neutrina można wyznaczyć wiedząc, że jest ona równa sumie energii odrzuconego elektronu i 1.4 MeV dzięki czemu możliwe jest wyznaczenie strumienia cząstek z małymi błędami statystycznymi i dokładne określenie kierunku, z jakiego te cząstki przybywają do detektora dla elektronów o energii powyżej 5 MeV.
Oprócz powyższej reakcji może jeszcze zachodzić druga: d + ? ? p + n + ?. Jest ona praktycznie identycznym procesem (różni się jednym rozpadem beta) i zachodzi z równym prawdopodobieństwem dla wszystkich trzech rodzajów neutrin. Pozwala na zmierzenie strumienia neutrin borowych o energii powyżej progu 2.2 MeV, problemem jest jednak jej wykrycie ponieważ nie powoduje ona emisji żadnego elektronu. Dokonuje się tego poprzez reakcję wyprodukowanych neutronów z chlorkiem magnezu (powodującą emisję rejestrowalnych kwantów ??o znanej energii 8.6 MeV).
Głównym tłem branym pod uwagę w SNO jest promieniowanie z rozpadów uranu i toru, które może czasem przekroczyć próg 2.2 MeV. Aby zapobiec zwiększającym się z czasem błędom przeprowadzana będzie regularna wymiana zawartości zbiornika detektora.
Oficjalne otwarcie obserwatorium nastąpiło 28 kwietnia 1998. SNO mieści się na głębokości 2 km w czynnej kopalni niklu należącej do korporacji INCO kilkadziesiąt kilometrów od Sudbury (Kanada). Detektor to zabetonowany zbiornik o szerokości 22 i wysokości 34 m. Wewnętrzny zbiornik zawierający ciężką wodę to przezroczysta sfera o średnicy prawie 12m. Jej zawartość jest z zewnątrz monitorowana przez 10 tys. fotopowielaczy o średnicy 20 cm każdy, przymocowanych do większej sfery zewnętrznej. Pozostałą objętość detektora wypełniono wodą spełniającą zadanie osłony przed promieniowaniem radioaktywnym. Jako kolejne tego typu zabezpieczenie do budowy detektora użyto materiałów o jak najmniejszej liczbie wszelkich domieszek, a przy montażu powietrze było nieustannie filtrowane.
Jeżeli przewidywania modelu standardowego są poprawne, SNO będzie obserwowało około 9000 reakcji d + ? ? p + n + ??? i około 3000 reakcji drugiego typu w ciągu roku. W przypadku gdy ilość rejestrowanych reakcji będzie wyższa, świadczyć to będzie o oscylacji części cząstek w drodze na Ziemię. Błędy wyznaczono na ok. 10% tych wartości.
Przy okazji będą prowadzone inne eksperymenty neutrinowe. Poza obserwacja strumieni słonecznych, SNO będzie również w stanie wyznaczyć masę (!) neutrin o wielkości do 30eV m.in. na podstawie obserwacji czasu przybycia cząstek od przyszłych supernowych.