SNO - Sudbury Neutrino Observatory

Obserwatorium SNO w Kanadzie, podobnie jak eksperyment Super Kamiokande, do detekcji cząstek wykorzystuje zjawisko zwane promieniowaniem Czerenkowa, przy czym w przypadku tego pierwszego ośrodkiem do rejestracji tego promieniowania jest ciężka woda. Eksperyment SNO nastawiony jest w zasadzie na badanie neutrin słonecznych powstałych w wyniku rozpadu jąder B8 (bor). Szacuje się, że zastosowanie deuteru zamiast wodoru, czyli ciężkiej wody na miejsce zwykłej, zgromadzonej w znacznie mniejszej objętości detektora, pozwoli na rejestrację zbliżonej ilości przypadków oddziaływań neutrin z materią jak to ma miejsce w Super Kamiokande. O wyborze tego typu materii zdecydował przede wszystkim fakt, iż jest ona stosunkowo tania i łatwo dostępna, a ponadto Kanada zgromadziła jej znaczne ilości.

Jak większość współczesnych eksperymentów, tak i SNO to współpraca wielu ośrodków naukowych nie tylko z Kanady, ale także z sąsiednich Stanów Zjednoczonych czy z Wielkiej Brytanii. Inicjatorem eksperymentu oraz jego czołowym organizatorem był Herbert Chen.

28 kwietnia 1998 miało miejsce uroczyste otwarcie ośrodka w SNO. Detektor mieści się w kopalni niklu położonej kilkadziesiąt kilometrów od samego Sudbury, całość jest ukryta na głębokości 2 km pod powierzchnią Ziemi. Sam detektor ma kształt kuli o promieniu około 6 m, jest przezroczysty i otoczony przez blisko 10000 fotopowielaczy, a całość wypełniona jest ciężką wodą. Kula ta jest dodatkowo umieszczona w zabetonowanej skrzyni. Przestrzeń pomierzy nią, a czynnym detektorem także wypełniona jest wodą stanowiącą osłonę przeciwko promieniotwórczości naturalnej

W Słońcu produkowane są jedynie neutrina elektronowe, wobec tego program badawczy SNO opiera się na poszukiwaniu procesów z tego typu cząstkami. Oddziaływania neutrin elektronowych z ośrodkiem detektora można zapisać w postaci: νe + d => p + p + e-. Przekrój czynny na tego typu reakcję jest dość duży. Mierząc energię powstającego e- można określić także energię neutrina. Pozwala to na oszacowanie całkowitego strumienia padających cząstek, wyznaczenie kierunku ich nadejścia, przy czym próg energetyczny dla obserwatorium SNO wynosi 5 MeV.

Kolejnym procesem mierzonym w SNO jest: ν + d => n + p + ν. W reakcji tej biorą udział wszystkie zapachy neutrin, a w stanie końcowym mamy parę neutron - proton, a nie dwa protony jak to było w przypadku pierwszego procesu. Ten typ reakcji jest wielkim wyzwaniem dla eksperymentatorów, ze względu na brak elektronu w stanie końcowym. Można jednak rejestrować fotony powstające w wyniku oddziaływania neutronów z MgCl2. W tym przypadku można zmierzyć neutrina borowych o energii 2.2 MeV.

W przypadku eksperymentów neutronowych bardzo ważna jest eliminacja tła, dlatego też wszystkie współczesne detektory umieszczane są głęboko pod ziemią. Tu z kolei wkład do tła pochodzi od pierwiastków radioaktywnych, głównie od uranu i toru. W celu uniknięcia błędów pomiarowych dokonuje się regularnego czyszczenia i wymiany zawartości zbiornika.

Zgodnie z Modelem Standardowym fizyki cząstek obserwatorium SNO powinno rejestrować blisko 9 tysięcy reakcji z udziałem wszystkich zapachów neutrin, czyli reakcję 2. i trzy razy mniej reakcji powstałych w procesie oddziaływań samych νe, czyli reakcja 1. typu. Jeśli stosunek ten nie będzie się zgadzał, to może to świadczyć o obecności oscylacji pomiędzy różnymi rodzajami neutrin w trakcie ich wędrówki od źródła do detektora.