Sudbury Nötrino Gözlemevi

Sudbury Nötrino Gözlemevi (SNG), Kanada’nın Ontario vilayetinde Sudbury şehrindeki Creighton Madeni’nde bulunan, yerin 2100m altındaki bir nötrino gözlemevidir. Detektör, güneş nötrinolarını geniş bir ağır su haznesiyle olan etkileşimleriyle tespit etmek için tasarlanmış.

Yeraltı laboratuvarı kalıcı tesis olacak şekilde genişletildi ve şimdi SNOLAB adı altında birden fazla deney yürütüyor. SNG'de kullanılan ekipman SNG+ deneyi için şu anda yenilenmekte.

Yere ulaşan güneş nötrinolarının sayımı ilk defa 1960'larda yapıldı. SNG'den önceki deneylerde bulunan nötrino sayıları standart Güneş modeline göre yapılan tahminlere göre eksik çıkıyordu, deneylerdeki hesaplamalarda bu açık Güneş nötrino problemi olarak biliniyordu. On yıllarca bu açığın sebebini bulmak için birçok fikir sunuldu, bunlardan birisi de nötrino salınımları hipotezidir. SNG'den önceki deneylerde kullanılan detektörler öncelikle ya da yalnızca elektron nötrinolarını tespit etmeye uygundu, müon nötrinoları ve tau nötrinolarınılarını tespit etmede yetersizdi.

1984'te, California Üniversitesi, Irvene'den Herbert Chen  ağır suyun güneş nötrinolarını tespit etmede avantajlarını gösterdi. Önceki detektörlerin aksine, ağır su dedektörleri iki reaksiyona hassas duruma getiriyordu, ilk reaksiyon bütün nötrino çeşitlerine hassastı, diğer reaksiyon ise sadece elektron nötrinolarına hassastı. Dolayısıyla, böyle bir detektör nötrino salınımlarını doğrudan ölçebiliyordu. Araştırmanın Kanada'da yapılmasının sebebi ise, geniş ağır su stoklarıyla CANDU reaktörü enerji santrallerinı destekleyen, Kanada Atomik Enerji Şirketi araştırmalar için gerekli bütçeyi (değer C$330,000,000 piyasa fiyatları) masrafsız şekilde karşılamasıydı.

SNG işbirliği 1984 yılında ilk toplantısını yaptı.O dönemlerde TRIUMF'nin KAON Fabrikası deneyi ile devlet araştırma fonu için rekabet içerisindeydi, ancak çeşitli üniversitelerden destek alan SNG hızlı bir şekilde geliştirme için seçildi. Resmi başlama emri 1990'da geldi .

Deney, nötrino etkileşimlerinin su içinde oluşturduğu rölativistik elektronların yaydığı ışığı inceledi. Rölativistik elektronlar kanal boyunca hareket ederken, kaybettikleri enerji mavi bir ışık yayarak Çerenkov ışıması gerçekleştirdi ve bu ışık doğrudan tespit edildi.

SNG detektörü içinde 1000 ton ağır su barındıran 6 metre çapındaki akrilik tanktan oluşuyordu. Tankın dış kısmındaki boşluk ise batmazlık ve radyason koruması sağlaması için normal su ile doluydu. Ağır su, yaklaşık 9,600 fotomultiper tüp 850 cm çapındaki jeodezik bir kürenin üzerine kurularak izlendi. Madende, detektörü barındıran oyuk bu derinlikte dünyanın en genişiydi,  taş patlamalarını engellemek için çeşitli yüksek performans taş cıvatalama tekniği kullanıldı.

Tesisin çoğunluğu 3000 Modelindeyken (Her 1ft3 hava için 1 μm veya daha büyük ve 3000 parçacıktan daha az) detektörün bulunduğu son oyuk 100 Modelindedir.

Ağır sular nötronlar için küçük bir kesit alanına sahiptir ve nötronlar bir döteryum özü yakaladığında yaklaşık 6 MeV enerjiye sahip bir gama ışını (foton) üretilir.

Nötronların bir kısmı akrilik tankı dolaşarak hafif sulara geçer ve hafif sular nötron yakalamak için büyük bir kesit alanına sahip olduğundan bu nötronlar çabucak yakalanır.

Esnek saçılma etkileşiminde, bir nötrino atomik elektronlardan biriyle çarpışır ve enerjisinin bir kısmını elektrona aktarır. Her üç nötrino bu etkileşime nötr Z bozon değişmesi yoluyla  ve elektron nötrinoları ise yüklü W bozonu değişmesi yoluyla katılabilir. Bu nedenle bu etkileşim elektron nötrinoları tarafında domine edilir ve bu yolla Süper-Kamiokande (Süper-K) detektörü güneş nötrinolarını gözlemleyebilir. Bu etkileşim göreceli olarak bilardoya benzer, bu nedenle üretilen elektronlar genellikle nötrinonun hareket vektörünün doğrultusundadır. (güneşin aksi yönünde). Bu etkileşim atomik elektronlarla gerçekleştiği için, ağır ve normal sularda aynı oranda etkileşir.

18 Haziran 2001'de, SNG'nin ilk bilimsel sonuçları yayınlanarak, nötrinoların Güneş'deki hareketi süresince salındıklarını(ö.o başka bir çeşie dönüşebildiklerini) ilk kez kesin olarak kanıtladı.

Her ne kadar Super-Kamiokande nötrino salınımı ile ilgili kanıtları 1998 gibi erken bir yılda yayınlayarak SNG'yi alt etmiş olsa da, Super-Kamiokande'nin sonuçları kesin ve güneş nötrinoları ile spesifik olarak alakalı değildi.

Bu deneyin sonuçları, SNG'nin iki araştırmasının 1500'den fazla kez ve başka iki araştırmasının da 750'den fazla kez alıntılanmasına dayanarak söylenebilir ki, bu alanda büyük bir etki yarattı.

Süpernova tarafından emilmiş nötrinolar fotonlardan önce bırakıldığından dolayı, süpernova henüz görünür olmadan astronomi topluluğunu uyarmak mümkün. SNG, Super-Kamiokande ve Yüksek Hacim Detektörü ile birlikte Süpernova Erken Uyarı Sisteminin (SEUS) kurucu üyelerindendir.

SNG detektörünün Super-Kamiokande ile karşılaştırıldığındaki kısıtlı boyutundan dolayı,düşük kozmik ışınlı nötrino sinyalleri,1 GeV'nin altındaki nötrino enerjileri, istatistiksel olarak çok önemli değildir.

Artık ortak çalışan kurumların arasında olmamasına rağmen, Chalk River Laboratuvarları ağır suyu tutan akrilik tankın inşasını yönetti ve Atomic Energy of Canada Limited ise ağır suyu temin etti.