KM3Net
Cubic Kilometer Neutrino Telescope ( KM3NeT ) to przyszła europejska infrastruktura badawcza , która będzie zlokalizowana na dnie Morza Śródziemnego . Będzie zawierał teleskop neutrin nowej generacji w postaci wodnego detektora Czerenkowa o oprzyrządowanej objętości kilku kilometrów sześciennych rozmieszczonych w trzech lokalizacjach na Morzu Śródziemnym: KM3NeT-Fr (poza Tulonem we Francji), KM3NeT-It (poza Portopalo di Capo Passero , Sycylia, Włochy) i KM3NeT-Gr (poza Pylos , Peloponez, Grecja). Projekt KM3NeT kontynuuje prace wykonane w ramach projektów ANTARES (teleskop zbudowany u wybrzeży Francji), NEMO (planowany teleskop u wybrzeży Włoch) i NESTOR (planowany teleskop u wybrzeży Grecji) teleskopy neutrinowe.
KM3NeT będzie poszukiwał neutrin z odległych źródeł astrofizycznych, takich jak pozostałości supernowych , rozbłyski gamma , supernowe czy zderzające się gwiazdy i będzie potężnym narzędziem w poszukiwaniu ciemnej materii we wszechświecie. Jego głównym celem jest wykrywanie neutrin ze źródeł w naszej galaktyce. Macierze tysięcy modułów czujników optycznych będą wykrywać słabe światło w głębinach morskich z naładowanych cząstek pochodzących ze zderzeń neutrin z wodą lub skałą w pobliżu detektora. W infrastrukturze badawczej znajdzie się również oprzyrządowanie dla innych dziedzin nauki, m.in biologia morza , oceanografia i geofizyka do długoterminowego i on-line monitorowania środowiska głębinowego i dna morskiego na głębokości kilku kilometrów.
Po całkowitym ukończeniu infrastruktura badawcza KM3NeT będzie się składać z kilku dużych poddetektorów. Na początku dwa z nich – razem tworzące detektor ARCA – rzeczywiście stworzą teleskop poszukujący odległych źródeł neutrin. Kolejny poddetektor - ochrzczony ORCA - zostanie zoptymalizowany do pomiaru właściwości samego neutrina. W tym sensie ORCA jest detektorem fizyki cząstek neutrin.
Projekt
W przyszłości iw oczekiwaniu na finansowanie, pełny teleskop neutrinowy będzie zawierał około 12 000 odpornych na ciśnienie szklanych kulek przymocowanych do około 600 sznurków. W obecnej fazie budowy teleskop będzie składał się z 345 strun, 230 w detektorze ARCA i 115 w detektorze ORCA. Każda z strun zawiera 18 kul czujnikowych, zakotwiczonych w dnie morskim i wspieranych przez pływaki. Każda kula, zwana „cyfrowym modułem optycznym” (DOM), ma około 17 cali (43 cm) średnicy i zawiera 31 3-calowych (7,6 cm) fotopowielaczy rury z elektroniką wspomagającą i jest podłączony do brzegu za pośrednictwem sieci optycznej o dużej przepustowości. Detektor ARCA i ORCA zawierają razem 6210 DOMów.
Na brzegu każdego miejsca instalacji KM3NeT farma komputerów przeprowadzi pierwszy filtr danych w poszukiwaniu sygnału neutrin kosmicznych, przed przesłaniem danych do centralnego centrum danych KM3NeT w celu przechowywania i dalszej analizy przez naukowców KM3Net.
W ośrodku KM3NeT-It, na głębokości 3400 m, znajduje się detektor ARCA ( Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss ), z bardziej rozmieszczonymi DOM-ami zoptymalizowanymi do wykrywania wysokoenergetycznych neutrin kosmicznych w zakresie TeV-PeV. Jego sznurki mają 650 m długości i są rozmieszczone co 90 m od siebie.
Na stanowisku KM3NeT-Fr, na głębokości 2475 m, znajduje się detektor ORCA ( Oscillation Research with Cosmics in the Abyss ), bardziej zwarta macierz z bliżej rozmieszczonymi czujnikami zoptymalizowanymi pod kątem neutrin atmosferycznych w zakresie GeV. Będzie to składało się ze 115 strun w 20-metrowej trójkątnej siatce, z 9-metrowymi odstępami między DOM-ami w strunie. Ogólnie rzecz biorąc, tablica ma około 210 m średnicy, a struny mają 200 m długości.
Budowa
Konstrukcja teleskopu neutrinowego KM3NeT jest bardzo modułowa, a budowę można rozłożyć w czasie. W 2012 roku rozpoczęła się pierwsza faza realizacji obiektu badawczego KM3NeT, polegająca na budowie infrastruktury dna morskiego na stanowiskach KM3NeT-Fr i KM3NeT-It. Prototypowy cyfrowy moduł optyczny KM3NeT (KM3NeT-DOM) z powodzeniem zbierał dane w latach 2014-2015 w ramach projektu ANTARES teleskop. Miejsce instalacji KM3NeT-Fr w pobliżu teleskopu ANTARES jest przygotowywane do zainstalowania w 2019 roku pierwszych ciągów detektora ORCA do fizyki cząstek neutrin. W witrynie KM3NET-It pierwszy prototyp KM3NeT-string z powodzeniem zbierał dane przez około rok. W 2016 i 2017 roku zainstalowano pierwsze pełne ciągi detektora ARCA. W 2018 r. zamknięto sieć kablową dna morskiego. Na początku 2019 r. tymczasowa poprawka ożywiła sieć i pierwszy ciąg. Sieć kablowa na miejscu jest przeprojektowywana w celu zainstalowania dwóch poddetektorów po 115 łańcuchów każdy dla ARCA. W lutym 2020 r. zakończono pierwszą fazę detektora ORCA wraz z instalacją szóstej struny. ARCA i ORCA wspólnie tworzą drugą fazę budowy KM3Net.
Ponadto projekt o nazwie SMO zapewni KM3Net detekcję akustyczną (hydrofony), aby pomóc w monitorowaniu pozycji strun w wodzie. Technologia ta jest obecnie testowana pod kątem możliwego nowego sposobu obserwacji neutrin za pomocą fal akustycznych.
Stosunek do innych teleskopów neutrinowych
Projektując detektor neutrin, KM3Net opiera się na doświadczeniach z trzech projektów pilotażowych na Morzu Śródziemnym: detektora ANTARES , projektu Neutrino Mediterranean Observatory (NEMO) oraz projektu NESTOR . W ramach projektów NEMO i NESTOR przeprowadzono prace badawczo-rozwojowe dla teleskopu neutrinowego, ale wspomniane teleskopy nigdy nie zostały zbudowane (poza kilkoma małymi prototypami). Teleskop ANTARES został ukończony 30 maja 2008 roku i był największym teleskopem neutrinowym na półkuli północnej. Na półkuli południowej, na Antarktydzie, Obserwatorium Neutrino IceCube już działa. Razem IceCube i KM3NeT będą oglądać pełne niebo i utworzą globalne obserwatorium neutrin.
Galeria obrazów
Elektronika do odczytu lamp fotopowielacza i oprzyrządowania kalibracyjnego wewnątrz KM3NeT DOM
KM3Net LOM – pojazd startowy modułów optycznych – jest ładowany na statek rozmieszczający RV Pelagia. Wykrywanie pełnego łańcucha jest wprowadzane do LOM. Po dotarciu na dno morskie sznurek jest rozwijany do pełnej długości.
Prototyp KM3Net DOM zainstalowany w linii oprzyrządowania teleskopu neutrinowego ANTARES . DOM działa od kwietnia 2013 roku.
Dalsza lektura
- Adrián-Martínez, S.; i in. (24 czerwca 2016). „List intencyjny dotyczący KM3Net 2.0” . Dziennik Fizyki G. 43 (8): 084001. arXiv : 1601.07459 . Bibcode : 2016JPhG...43h4001A . doi : 10.1088/0954-3899/43/8/084001 .
- Adcock, C. (24 czerwca 2016). „KM3Net: Kolejna wielka rzecz w fizyce neutrin” . JPhys+ .
