Für den Bau in Europa wurden drei neue riesige unterirdische Teilchendetektoren vorgeschlagen, die dazu beitragen könnten, einige wichtige Meilensteine ​​in der Physik zu erreichen, z. B. die Verifizierung des Zerfalls eines Protons, das theoretisch untersucht, aber nie beobachtet wurde. Dies könnte wiederum zu einem neuen Verständnis der Entwicklung unseres Universums führen.

Eine große Gruppe europäischer Wissenschaftler befasst sich mit diesen unterirdischen Detektoren der „nächsten Generation“ und beschreibt sie ausführlich in einem kürzlich erschienenen Artikel im Journal of Cosmology and Astroparticle Physics .

Zusätzlich zur Suche nach Hinweisen auf Protonenzerfall könnten die Detektoren Wissenschaftlern helfen, mehr über astrophysikalische Neutrinos zu erfahren, die durch Supernovae, die Sonne und Wechselwirkungen zwischen Kosmos und Strahlung in unserer Atmosphäre erzeugt werden. Insbesondere das Sammeln besserer Daten zu den Energiespektren von astrophysikalischen Neutrinos könnte Wissenschaftlern helfen, die Sternentwicklung besser zu verstehen.

Die Detektoren könnten auch unser Verständnis für Geoneutrinos, die sich im Erdinneren befinden, verbessern. Der Nachweis von Neutrinos, die beim radioaktiven Zerfall schwerer Elemente auf der Erde entstehen, ist ein ungenutztes Forschungsgebiet, das ein seltenes Fenster in die innere Umwelt der Erde öffnen könnte.

Die Detektoren bestehen alle aus riesigen Zylindern, werden jedoch mit drei verschiedenen Flüssigkeiten als Detektionsmedium gefüllt. Als solche ergänzen sich die Detektoren in gewissem Maße, wobei jeder einige Fähigkeiten besitzt, die der andere nicht besitzt.

Das Giant Liquid Argon Charge Imaging ExpeRiment (GLACIER) wird für den Bau eines riesigen Salzbergwerks in Sieroszewice, Polen, vorgeschlagen. GLACIER würde aus einem vertikalen Zylinder bestehen, der ungefähr 70 Meter breit und 20 Meter hoch ist und mit siedendem flüssigem Argon gefüllt ist. Wenn ein Partikel in den Tank eindringt, interagiert es mit dem Argon und ionisiert einige der Argonatome. Die Wechselwirkung würde auch dazu führen, dass einige der Argonatome „szintillieren“ oder Licht emittieren. Eine zweite Art von Licht, Cherenkov-Strahlung, würde ebenfalls emittiert. Dies tritt auf, wenn sich das in das Argon eintretende Teilchen schneller als die Lichtgeschwindigkeit in Argon fortbewegt. Beide Arten von Photonen würden durch Photovervielfacherröhren gesammelt, die in das flüssige Argon eingetaucht sind.

Zusammen mit den Ionisationsdaten können die Wissenschaftler von GLACIER die Szintillations- und Cherenkov-Lichtsignale verwenden, um rückwärts zu arbeiten und festzustellen, welcher Partikeltyp in den Tank gelangt ist.

Ein weiteres Experiment, der Low Energy Neutrino Astronomy (LENA) Detektor, wäre ein horizontaler Zylinder mit einer Länge von 100 Metern und einem Durchmesser von 30 Metern. Ein innerer Zylinder mit einem Durchmesser von ungefähr 13 Metern würde eine Art Flüssigszintillator enthalten, einen Cocktail, der besonders gut energiereiche elektromagnetische Strahlung oder Strahlung geladener Teilchen absorbiert und diese Energie fast augenblicklich als Photonen emittiert.

Der Außenzylinder von LENA würde mit Wasser gefüllt, um Myonen herauszufiltern, übliche Teilchen, die wie sehr schwere Versionen von Elektronen aussehen. Photovervielfacher würden den Zylinder auskleiden, um das szintillierte Licht für die Analyse zu sammeln. Der bevorzugte Standort für LENA ist das Zentrum für Untergrundphysik in Pyhäsalmi, Finnland.

Der dritte Detektor ist MEMPHYS, das Experiment MEgaton Mass PHYSics. MEMPHYS würde aus drei bis fünf Zylindern mit einer Länge von jeweils 65 Metern und einer Breite von 65 Metern bestehen. MEMPHYS wäre mit reinem Wasser gefüllt und würde sich schnell bewegende Partikel auf der Basis der Cherenkov-Strahlung, die sie bei ihrer Wechselwirkung mit dem Wasser erzeugen, nachweisen. Dieses Licht würde durch Photovervielfacherröhren gesammelt, die die Innenwand des Tanks auskleiden. Der vorgeschlagene Standort für MEMPHYS ist das Fréjus Underground Laboratory in Fréjus, Frankreich.

Zitat : D. Autiero et al., JCAP 11 (2007) 011

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