Dokončení naplnění detektoru JUNO a zahájení sběru dat představuje historický milník. Svět má vůbec poprvé k dispozici detektor takového rozsahu a přesnosti určený pro detekci neutrin.
JUNO se nachází 700 metrů pod zemí poblíž města Ťiang-men v provincii Kuang-tung a detekuje antineutrina produkovaná 53 kilometrů daleko jadernými elektrárnami Taishan a Yangjiang a měří jejich energetické spektrum s rekordní přesností.
Unikátní zařízení
Na rozdíl od jiných metod je určení pořadí hmotností pomocí JUNO nezávislé na vlivu hmoty na Zemi a prakticky bez degenerací parametrů. JUNO rovněž zajistí řádové zvýšení přesnosti několika parametrů oscilace neutrin a umožní nejmodernější studium neutrin ze Slunce, supernov, atmosféry a Země. Otevře také nové možnosti výzkumu neznámé fyziky, včetně hledání sterilních neutrin a rozpadu protonů.
JUNO bylo navrženo v roce 2008 a schváleno Čínskou akademií věd a provincií Kuang-tung v roce 2013 a jeho podzemní stavba byla zahájena v roce 2015. Instalace detektoru začala v prosinci 2021 a byla dokončena v prosinci 2024, poté následovala kampaň postupného zaplňování. Za 45 dní zařízení naplnilo 60 000 tun ultračisté vody (extrémně kvalitní, pH neutrální, čirá, bezbarvá kapalina bez chuti a zápachu, která se používá v průmyslových odvětvích, jako je elektronika, farmacie a biotechnologie), přičemž udržovalo rozdíl hladin kapaliny mezi vnitřní a vnější akrylovou koulí s centimetrovou přesností a nejistotou průtoku menší než 0,5 %, čímž byla zajištěna strukturální integrita.
Během následujících šesti měsíců bylo do akrylové sféry o průměru 35,4 m zavedeno 20 000 tun kapalného scintilátoru, který vytěsnil vodu. V průběhu celého procesu byly podle sdělení splněny přísné požadavky na ultravysokou čistotu, optickou průhlednost a extrémně nízkou radioaktivitu. Souběžně probíhala spolupráce na odladění, uvedení do provozu a optimalizaci detektoru, což umožnilo hladký přechod do plného provozu po dokončení plnění.
Proč právě neutrina?
Studium neutrin je důležité, protože nám umožňuje porozumět Slunci a dalším hvězdným procesům, zkoumat fyziku za hranicemi standardního modelu, pozorovat extrémní kosmické události a pochopit vznik struktur ve vesmíru. Kromě toho mohou být neutrina nástrojem ke studiu temné hmoty.
Srdcem JUNO je centrální detektor z kapalného scintilátoru (materiál, který se rozzáří při průchodu ionizujícího záření) s bezprecedentní efektivní hmotností 20 000 tun, umístěný uprostřed 44 metrů hlubokého vodního bazénu. Kromě toho konstrukce z nerezové oceli o průměru 41,1 metru nese 35,4metrovou akrylovou kouli, scintilátor, 20 000 20palcových fotonásobičů (PMT), 25 600 3palcových PMT, čelní elektroniku, kabeláž, antimagnetické kompenzační cívky a optické panely. Všechny PMT pracují současně a zachycují scintilační světlo z interakcí neutrin a převádějí je na elektrické signály.
„Konstrukce zařízení JUNO byla mimořádně náročným procesem,“ dodává MA Xiaoyan, hlavní inženýr zařízení JUNO. Vyžadovala nejen nové nápady a technologie, ale také roky pečlivého plánování, testování a vytrvalosti. Splnění přísných požadavků na čistotu, stabilitu a bezpečnost vyžadovalo nasazení stovek inženýrů a techniků. Týmová práce a poctivost proměnily odvážný návrh ve funkční detektor, připravený otevřít nové okno do světa neutrin.
700 vědců ze 17 zemí
„Historický úspěch, který dnes oznamujeme, je také výsledkem plodné mezinárodní spolupráce mnoha výzkumných skupin mimo Čínu, které do JUNO přinesly zkušenosti získané při předchozích konfiguracích kapalných scintilátorů. Mezinárodní komunita kapalných scintilátorů posunula technologii až na samé hranice jejích možností a vydláždila tak cestu k ambiciózním fyzikálním cílům experimentu,“ uzavírá profesor Gioacchino Ranucci, zástupce mluvčího projektu JUNO a profesor na Milánské univerzitě.
JUNO je navržen pro vědeckou životnost až 30 let, přičemž spolehlivý proces modernizace povede ke světovému prvenství v hledání rozpadu bez neutrina s dvojitou betou. Taková modernizace by prozkoumala absolutní hmotnostní škálu neutrin a otestovala, zda se jedná o majoránové částice, čímž by řešila základní otázky zahrnující částicovou fyziku, astrofyziku a kosmologii a zásadně by změnila naše chápání vesmíru.