Observatorium Kamioka, ICRR (Institut Penelitian Sinar Kosmik), Universitas TokyoObservatorium Kamioka, ICRR (Institut Penelitian Sinar Kosmik), Universitas Tokyo
Tersembunyi 1.000 meter di bawah Gunung Ikeno di Jepang adalah tempat yang mungkin menjadi impian para penjahat super: Super-Kamiokande (atau kadang-kadang disebut “Super-K”) adalah detektor neutrino. Neutrino adalah partikel subatom yang dapat bergerak melalui ruang angkasa dan meluncur melalui materi stabil seolah-olah itu adalah udara. Mempelajari partikel-partikel ini membantu para ilmuwan mendeteksi bintang-bintang yang sekarat dan mempelajari lebih lanjut tentang alam semesta. Business Insider berbicara dengan tiga ilmuwan tentang cara kerja ruang emas raksasa — dan bahaya melakukan eksperimen di dalamnya.
Temukan dunia subatom
Neutrino sangat sulit dideteksi ahli astrofisika Neil deGrasse menyebutnya sebagai “mangsa paling luar biasa di alam semesta”. dalam video ini Dia menjelaskan bahwa ruang deteksi terkubur jauh di bawah tanah untuk mencegah masuknya partikel lain. “Materi bukanlah halangan bagi neutrino,” kata deGrasse. “Sebuah neutrino dapat melewati baja 100 tahun cahaya tanpa melambat sama sekali.”
Tapi mengapa Anda menangkapnya?
“Jika terjadi supernova, sebuah bintang yang runtuh ke dalam dirinya sendiri dan berubah menjadi lubang hitam, maka benda seperti Super-K adalah salah satu dari sedikit objek yang dapat melihat neutrino di dalamnya,” ujarnya. Yoshi Uchida dari Imperial College London kata Business Insider. “Sebelum sebuah bintang mulai runtuh, ia mengeluarkan neutrino. Jadi Super-K bekerja seperti sistem peringatan dini, memberi tahu kita kapan harus mewaspadai peristiwa kosmik yang menarik ini.
NASA, ESA, G. Dubner (IAFE, CONICET-Universitas Buenos Aires) dkk.; A.Loll dkk.; T.Temim dkk.; F. Seward dkk.; VLA/NRAO/AUI/NSF; Chandra/CXC; Spitzer/JPL-Caltech; XMM-Newton/ESA; dan Hubble/STScI
“Perhitungan kasarnya adalah supernova hanya meledak setiap 30 tahun sekali sehingga detektor kami dapat mendeteksinya,” kata Uchida. “Jika Anda melewatkan sebuah ledakan, Anda harus menunggu beberapa dekade lagi sebelum mendapat kesempatan untuk melihat ledakan berikutnya.”
Neutrino ditembakkan oleh Jepang
Namun, Super-K tidak hanya menangkap neutrino yang mengalir dari luar angkasa. Di sisi lain Jepang, di Tokai, eksperimen T2K menembakkan sinar neutrino di atas bumi, yang seharusnya ditangkap oleh Super-K di bagian barat negara itu.
Mempelajari bagaimana neutrino berubah (atau “berosilasi”) ketika bergerak melalui materi dengan cara ini dapat memberi tahu kita banyak hal tentang asal usul alam semesta, seperti hubungan antara materi dan antimateri.
Observatorium Kamioka, ICRR (Institut Penelitian Sinar Kosmik), Universitas TokyoObservatorium Kamioka, ICRR (Institut Penelitian Sinar Kosmik), Universitas Tokyo
“Model Big Bang kami berasumsi bahwa materi dan antimateri terbentuk dalam jumlah yang sama. “Tetapi sekarang sebagian besar antimateri telah hilang,” katanya Morgan Wascko dari Imperial College kata Business Insider. Mempelajari neutrino dapat membantu kita mengetahui bagaimana neutrino terbentuk.
Bagaimana Super-K menangkap neutrino
Terkubur 1.000 meter di bawah tanah, Super-Kamiokande berukuran dan menyerupai bangunan 15 lantai.
Observatorium Kamioka, ICRR (Institut Penelitian Sinar Kosmik), Universitas Tokyo
Tangki raksasa tersebut diisi dengan 50.000 ton air ultra murni. Saat bergerak melalui air, neutrino bergerak lebih cepat daripada cahaya. Ketika neutrino melewati air, “itu akan menghasilkan cahaya dengan cara yang sama seperti Concorde menghasilkan ledakan sonik,” kata Uchida. Saat pesawat terbang menjadi semakin cepat dan akhirnya melaju lebih cepat dari suara, ia menghasilkan suara dan melepaskan gelombang kejut yang besar yang tidak dapat dilepaskan oleh benda yang lebih kecil. Dengan cara yang sama, ketika sebuah partikel melewati air lebih cepat dari kecepatan cahaya, ia dapat menghasilkan gelombang kejut cahaya.”
Ruangan tersebut dilengkapi dengan 11.000 bola lampu berwarna emas. Ini adalah detektor cahaya yang sangat sensitif yang disebut tabung photomultiplier dan dapat merekam gelombang kejut. Berikut tampilan jarak dekat:
Wascko menggambarkannya sebagai “pembalikan bola lampu”. Setelah dipasang, mereka dapat mendeteksi sejumlah kecil cahaya dan mengubahnya menjadi arus listrik yang kemudian dapat dirasakan.
Air yang sangat murni
Agar cahaya dari gelombang kejut ini dapat mencapai sensor, air harus lebih bersih dari yang Anda bayangkan. Super-K terus menerus menyaring dan memurnikan air dan bahkan menyinarinya dengan sinar UV untuk benar-benar membunuh semua bakteri. Dan itu membuat segalanya menjadi sangat menakutkan.
“Air yang sangat murni hanya menunggu untuk melarutkannya,” kata Uchida. “Air dengan kemurnian tinggi sangat kotor. Ia memiliki sifat asam dan basa. Jika Anda mencoba mandi dengan air Super-K yang sangat murni ini, kulit Anda akan terkelupas,” kata Wascko. “Tidak masalah apakah kamu mau atau tidak.”
Ketika Super-K membutuhkan pemeliharaan, peneliti harus bergerak melintasi air dengan perahu karet (seperti yang ditunjukkan pada gambar) untuk memperbaiki dan mengganti sensor. Matthew Malek dari Universitas Sheffield dan dua peneliti lainnya melakukan servis Super-K dari perahu karet saat dia masih mengerjakan gelar PhD. Pada akhirnya, gondola yang biasa membawa fisikawan keluar masuk tangki rusak. Jadi Malek dan dua orang lainnya harus bertahan beberapa saat. Mereka duduk di perahu mereka dan berbicara.
“Apa yang tidak saya sadari ketika kami semua berbaring di perahu sambil mengobrol adalah sehelai rambut saya tidak lebih dari tiga sentimeter di dalam air,” kata Malek kepada Business Insider.
Malek tidak khawatir akan mencemari air. Tapi ketika dia bangun jam tiga pagi, dia melihat sesuatu yang buruk. “Saya bangun jam tiga pagi dengan rasa gatal yang paling parah di kulit kepala saya. Lebih buruk dari cacar air saat kecil. Gatal sekali sampai aku tidak bisa tidur.”
Dia menyadari bahwa air telah menyedot nutrisi dari rambutnya melalui ujung-ujungnya dan proses ini telah berlanjut hingga ke kulit kepalanya. Dia segera mandi dan menghabiskan setengah jam mencuci rambutnya hingga bersih.
Kisah lain dapat diceritakan oleh Wascko, yang mencatat bahwa sisa-sisa kunci pas ditemukan di dasar tangki pada tahun 2000 ketika tangki telah terkuras seluruhnya. “Rupanya ada yang meninggalkan kunci pas saat tangki diisi pada tahun 1995. “Pada saat tangki dikuras pada tahun 2000, kunci pas sudah larut.”
Super-K 2.0
Meskipun Super-Kamiokande bisa berukuran sangat besar, Wascko mengatakan kepada Business Insider bahwa detektor neutrino yang lebih besar yang disebut “Hyper-Kamiokande” telah diusulkan. “Kami sedang mencoba untuk mendapatkan persetujuan untuk eksperimen Hyper-Kamiokande dan itu mungkin akan dilakukan pada tahun 2026.” Hyper-K akan 20 kali lebih besar dari Super-K dalam hal volume, ditambah akan ada 99.000 detektor cahaya yang sesuai dan bukan hanya 11.000, seperti halnya Super-K.
Diterjemahkan oleh Jessica Dawid