تلسكوب نيوترينو كيلومتر مكعب

تلسكوب نيوترينو كيلومتر مكعب  أو (KM3NeT) هو البنية التحتية المستقبلية الأوروبية للبحث والتي سوف يكون متمركزا في الجزء السفلي من قاع البحر المتوسط وسوف يستضيف الجيل القادم من تلسكوب النيوترينو في شكل مكشاف شيرينكوف المائى بحجم مجهز بالمعدات لأكثر من خمسة كيلو مترات مكعبة.

سوف يبحث KM3NeT عن النيوترينو من مصادر فيزيائية وفلكية بعيدة مثل بقايا سوبرنوفا، و انفجارات أشعة غاما والمتعرات العظمى(سوبرنوفا) أو نواتج اصطدام النجوم . وسوف يكون أداة فعالة في البحث عن المادة المظلمة في الكون. إن مصفوفته مكونة عشرات الآلاف من أجهزة الاستشعار البصرية (مكشافات ضوئية) سوف تكشف أدنى ضوء خافت في أعماق البحار ناتجه من جسيمات مشحونة منشؤها من الاصطدامات من النيوترونات والأرض .
كما ستدمج في التجربة أيضا تجهيزات وأجهزة لعلوم أخرى مثل البيولوجيا البحرية.
و علم المحيطات وفيزياء الأرض لفترة طويلة والرصد المباشر في أعماق البحار، وقاع البحر على عمق عدة كيلومترات.

 رصد نيوترينو عالي الطاقة للغاية 
رصد التلسكوب KM3-230213A: رُصد ميون عالي الطاقة للغاية يمر عبر كاشف ARCA في موقع KM3NeT بإيطاليا في 13 فبراير 2023، في الساعة 01:16:47 بالتوقيت عالمي منسق؛ سُمّي الحدث KM3-230213A. في وقت الرصد كان 21 خط كشف ARCA قيد التشغيل. أُعيد تعيين مسار الميون من أوقات ومواقع الاصطدامات الأولى المسجلة على أنابيب المضاعف الضوئي للوحدات البصرية. وبين تعيين اتجاه KM3-230213A على أنه أفقي تقريبًا، بزاوية 0.6 درجة فوق الأفق. بلغت طاقة الميون المقاسة 120 بيتا إلكترون فولت (PeV) مع هامش خطأ يتراوح بين +110 و-60 بيتا إلكترون فولت. نظراً لطاقته العالية جدا واتجاهه القريب من الأفق، يُرجّح أن يكون الميون ناتجاً عن تفاعل نيوترينو كوني ذي طاقة أعلى بالقرب من الكاشف. تُقدّر طاقة النيوترينو الذي يُنتج مثل هذه الميونات في كاشف ARCA بحوالي 220 بيتا إلكترون فولت. يُعدّ KM3-230213A الحدث النيوترينوي الأكثر طاقةً الذي رُصد في يوم الكشف. تشير طاقة النيوترينو العالية جداً إلى أنه قد يكون ناتجاً عن مُسرّع كوني مختلف عن مُسرّع النيوترينوات المعتادة ذات الطاقة المنخفضة، أو أنه قد يكون أول رصد لنيوترينو كوني، ناتج عن تفاعلات بين أشعة كونية عالية الطاقة وفوتونات من إشعاع الخلفية الكونية الميكروي.

 تصميم الكاشف 

مخطط تلسكوب KM3NET

صُممت البنى التحتية للكاشف الضخم تحت الماء في فرنسا وإيطاليا لتكون مجهزة بما يقارب 200,000 مستشعر ضوئي (أنابيب مضاعفة ضوئية، أو PMTs) موزعة على ثلاث وحدات بناء: اثنتان لتلسكوب KM3NeT/ARCA وواحدة لتلسكوب KM3NeT/ORCA. تتألف كل وحدة من 115 خط كشف رأسي مرن (وحدات كشف ضوئية، أو DUs) مثبتة في قاع البحر. يدعم كل خط 18 وحدة استشعار كروية مقاومة للضغط (وحدات بصرية، أو DOMs)، وتحتوي كل وحدة DOM على 31 أنبوبًا مضاعفًا ضوئيًا. تشكل كل وحدة بناء بذلك مصفوفة ثلاثية الأبعاد من الكواشف الضوئية التي يمكن استخدامها لرصد ضوء تشيرينكوف الناتج عن الجسيمات النسبية المنبعثة من تفاعلاتها مع النيوترينوات ..

يقع موقع KM3NeT في إيطاليا، الذي يستضيف كاشف ARCA، على عمق 3450 مترًا. وهو مُحسَّن لرصد النيوترينوات الكونية عالية الطاقة في نطاق TeV-PeV بفضل التباعد الكبير بين الوحدات البصرية: حيث تتوزع الوحدات الثماني عشرة بمسافات متساوية تقريبًا على طول خطوط يبلغ ارتفاعها حوالي 700 متر والمسافة بينها حوالي 90 مترًا.

أما موقع KM3NeT في فرنسا، الذي يستضيف كاشف ORCA، فيقع على عمق 2475 مترًا. ويسمح التقارب بين الوحدات البصرية بتحسين الكاشف لرصد النيوترينوات في نطاق GeV. سيبدأ كاشف ORCA ب 115 خطًا في مصفوفة طولها 20 مترًا، بمسافة 9 أمتار بين الوحدات البصرية في كل مصفوفة. ويبلغ قطر المصفوفة الإجمالي حوالي 210 أمتار، وارتفاع الخطوط 200 متر.

يُقاس موضع الوحدات ووقت وصول الضوء إلى أنابيب التضخيم الضوئي الداخلية بدقة عالية. يبلغ قطر كل وحدة بصرية حوالي 44 سم، وتحتوي على 31 أنبوب تضخيم ضوئي بقطر 3 بوصات مع إلكترونياتها الخاصة، وهي متصلة بالأرض عبر شبكة بصرية واسعة النطاق. ومن خلال شبكة كهروضوئية من الكابلات وصناديق التوصيل في قاع البحر، تتصل الوحدات البصرية بمحطات تحكم برية لتزويدها بالطاقة، والتحكم في الكاشف، ونقل البيانات ..

رسم توضيحي لكاشف KM3NeT © كاميل كومبس، وكالة أوفربو

إذا كانت الخطوط الحاملة للوحدات البصرية مثبتة في قاع البحر، فإنها تتذبذب مع تيارات المحيط المفتوح. يُقاس موضع واتجاه الوحدات البصرية، وبالتالي أنابيب التضخيم الضوئي التي تحتويها، ديناميكيًا باستخدام نظام صوتي ونظام بوصلة .. في كل وحدة بصرية، تُستخدم نبضات LED مضبوطة لمعايرة الوقت ..

تتضمن البنية التحتية الأرضية في كل موقع شبكة من خوادم الحاسوب لإجراء عملية ترشيح البيانات الأولية قبل إرسالها إلى مركز بيانات KM3NeT لتخزينها وتحليلها من قبل علماء KM3NeT.

يُوضح بناء ونشر مكونات الكاشف العديدة في عدة مقاطع فيديو

 تجربة مكعب الثلج 

في عام 2010 تم الانتهاء من دراسة تصميم البنية التحتية مع Technical Design Report، الذي تم صنعه وأعلن عنه في 2011. ومن المتوقع أن تلسكوب النيوترينو سوف يحتوى على ترتيبة من 12000 من الكرات الزجاجية من زجاج مقاوم للضغط متصلة ب 300 من وحدات الكشف التي يبلغ ارتفاعها كيلومترا . وكل كرة زجاجية تحتوى 31 من صمامات تضخيم ضوئية وسوف تكون متصلة إلى الشاطئ عبر شبكة النطاق الترددي العالي البصري. وعلى الشاطئ سوف تنشأ محطة لأجهزة الكمبيوتر لتصفية البيانات الأولية في البحث عن إشارات النيوترونات الكونية.

تصميم الكاشف النيوترينو KM3NeT يبني على خبرة ثلاثة مشاريع تجريبية في البحر المتوسط : كاشف قلب العقرب (نجم) إن و نيمو و تجربة مشروع نستور. تجربة قلب العقرب (نجم) اكتملت في 30 مايو 2008، وهو أكبر تلسكوب نيوترينو أنشئ في نصف الكرة الارضية الشمالي.

في نصف الكرة الجنوبي يوجد في القارة القطبية الجنوبية مرصد النيوترينو آيس كيوب . وقد تم مؤخرا الانتهاء منهما معا، وسوف تسهم تجربة مكعب الثلج و مصفوفة KM3NeT في البحث عبر السماء كاملة وتشكيل مرصد النيوترينو الكونى.

 التلسكوب 

 انظر أيضا 
 تجربة سوبر كاميوكاندي
 تجربة مكعب الثلج
 جسيمات أولية
 تحلل بيتا
 إشعاع بيتا المزدوج عديم النيوترينو
 تذبذب النيوترينو
 تجربة هومستاك
 علم فلك الطاقة العالية

 المراجع 

 KM3NeT Homepage

تصنيف:البحر الأبيض المتوسط
تصنيف:تجارب الجسيمات
تصنيف:حوض البحر الأبيض المتوسط
تصنيف:علم فلك النيوترينو
تصنيف:مراصد النيوترينو