Dưới núi Ikeno, Nhật Bản, trong một khu mỏ cũ nằm cách mặt đất một nghìn mét (3.300 feet), nằm ở Đài thiên văn Super-Kamiokande (SKO). Từ năm 1996, khi nó bắt đầu tiến hành quan sát, các nhà nghiên cứu đã sử dụng thiết bị dò tìm Cher Cheren của cơ sở này để tìm kiếm dấu hiệu phân rã proton và neutrino trong thiên hà của chúng ta. Đây không phải là nhiệm vụ dễ dàng, vì neutrino rất khó phát hiện.
Nhưng nhờ một hệ thống máy tính mới có thể theo dõi neutrino trong thời gian thực, các nhà nghiên cứu tại SKO sẽ có thể nghiên cứu các hạt bí ẩn này chặt chẽ hơn trong tương lai gần. Khi làm như vậy, họ hy vọng sẽ hiểu làm thế nào các ngôi sao hình thành và cuối cùng sụp đổ thành các lỗ đen và lén lút đạt đến đỉnh điểm về cách vật chất được tạo ra trong Vũ trụ ban đầu.
Neutrino, nói một cách đơn giản, là một trong những hạt cơ bản tạo nên Vũ trụ. So với các hạt cơ bản khác, chúng có khối lượng rất nhỏ, không có điện tích và chỉ tương tác với các loại hạt khác thông qua lực hạt nhân và lực hấp dẫn yếu. Chúng được tạo ra theo một số cách, đáng chú ý nhất là thông qua sự phân rã phóng xạ, các phản ứng hạt nhân tạo ra năng lượng cho một ngôi sao và trong siêu tân tinh.
Theo mô hình Big Bang tiêu chuẩn, neutrino còn sót lại từ việc tạo ra Vũ trụ là những hạt có nhiều nhất trong sự tồn tại. Tại bất kỳ thời điểm nào, hàng nghìn tỷ hạt này được cho là đang di chuyển xung quanh chúng ta và thông qua chúng ta. Nhưng vì cách chúng tương tác với vật chất (tức là chỉ yếu) nên chúng cực kỳ khó phát hiện.
Vì lý do này, các đài quan sát neutrino được xây dựng sâu dưới lòng đất để tránh sự can thiệp từ các tia vũ trụ. Họ cũng dựa vào các máy dò Cherenkov, về cơ bản là các bể chứa nước khổng lồ có hàng ngàn cảm biến lót trên tường. Những nỗ lực này để phát hiện các hạt khi chúng bị làm chậm tốc độ ánh sáng cục bộ (tức là tốc độ ánh sáng trong nước), điều này được chứng minh bằng sự hiện diện của một tia sáng - được gọi là bức xạ Cherenkov.
Máy dò tại SKO hiện là lớn nhất thế giới. Nó bao gồm một bể thép không gỉ hình trụ cao 41,4 m (136 ft) và đường kính 39,3 m (129 ft), và chứa hơn 45.000 tấn (50.000 tấn) nước siêu tinh khiết. Trong phần bên trong, 11.146 ống nhân quang được gắn, giúp phát hiện ánh sáng trong các vùng tử ngoại, nhìn thấy và cận hồng ngoại của phổ điện từ với độ nhạy cực cao.
Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu tại SKO đã sử dụng thiết bị này để kiểm tra neutrino mặt trời, neutrino khí quyển và neutrino nhân tạo. Tuy nhiên, những thứ được tạo ra bởi các siêu tân tinh rất khó phát hiện, vì chúng xuất hiện đột ngột và khó phân biệt với các loại khác. Tuy nhiên, với hệ thống máy tính mới được thêm vào, các nhà nghiên cứu của Super Komiokande đang hy vọng điều đó sẽ thay đổi.
Như Luis Labarga, một nhà vật lý tại Đại học tự trị Madrid (Tây Ban Nha) và là thành viên của sự hợp tác, đã giải thích trong một tuyên bố gần đây với Dịch vụ tin tức khoa học (SINC):
Vụ nổ Supernova là một trong những hiện tượng năng lượng nhất trong vũ trụ và phần lớn năng lượng này được giải phóng dưới dạng neutrino. Đây là lý do tại sao việc phát hiện và phân tích neutrino phát ra trong các trường hợp này, ngoại trừ các nguồn từ Mặt trời hoặc các nguồn khác, rất quan trọng để hiểu các cơ chế hình thành sao neutron loại saoa còn sót lại và lỗ đen.
Về cơ bản, hệ thống máy tính mới được thiết kế để phân tích các sự kiện được ghi lại ở độ sâu của đài quan sát trong thời gian thực. Nếu nó phát hiện ra một luồng neutrino lớn bất thường, nó sẽ nhanh chóng cảnh báo các chuyên gia điều khiển các điều khiển. Sau đó, họ sẽ có thể đánh giá tầm quan trọng của tín hiệu trong vòng vài phút và xem liệu nó có thực sự đến từ một siêu tân tinh gần đó hay không.
Trong vụ nổ siêu tân tinh, một số lượng khổng lồ neutrino được tạo ra trong một khoảng thời gian cực kỳ nhỏ - vài giây - và đây là lý do tại sao chúng ta cần phải sẵn sàng, Mitch Labarga nói thêm. Điều này cho phép chúng ta nghiên cứu các tính chất cơ bản của các hạt hấp dẫn này, chẳng hạn như tương tác, thứ bậc của chúng và giá trị tuyệt đối của khối lượng, thời gian bán hủy của chúng và chắc chắn các tính chất khác mà chúng ta vẫn không thể tưởng tượng được.
Quan trọng không kém là thực tế hệ thống này sẽ cung cấp cho SKO khả năng đưa ra cảnh báo sớm cho các trung tâm nghiên cứu trên toàn thế giới. Các đài quan sát trên mặt đất, nơi các nhà thiên văn học muốn theo dõi sự tạo ra neutrino vũ trụ bằng siêu tân tinh, sau đó sẽ có thể hướng tất cả các thiết bị quang học của họ về phía nguồn trước (vì tín hiệu điện từ sẽ mất nhiều thời gian hơn để đến).
Thông qua nỗ lực hợp tác này, các nhà vật lý thiên văn có thể hiểu rõ hơn về một số neutrino khó nắm bắt nhất trong tất cả. Làm sáng tỏ cách các hạt cơ bản này tương tác với các hạt khác có thể đưa chúng ta đến một bước gần hơn với Lý thuyết thống nhất lớn - một trong những mục tiêu chính của Đài thiên văn Super Kamiokande.
Cho đến nay, chỉ có một vài máy dò neutrino tồn tại trên thế giới. Chúng bao gồm máy dò Irvine-Michigan-Brookhaven (IMB) ở Ohio, Đài thiên văn Subdury Neutrino (SNOLAB) ở Ontario, Canada và Đài thiên văn Super Kamiokande ở Nhật Bản.
