Het Super-Kamiokande neutrino-observatorium kan verschillende soorten neutrino-gerelateerde fenomenen detecteren, inclusief supernova-explosies in ons eigen melkwegstelsel. Het zit normaal gesproken vol met zuiver water, maar het heeft onlangs een dosis van het zeldzame-aarde-element gadolinium gekregen. Dit geeft het observatorium de mogelijkheid om supernova-explosies ook in verder weg gelegen sterrenstelsels te zien.

1 kilometer ondergronds begraven nabij de stad Hida in centraal Japan ligt een enorme cilinder van 40 meter hoog en gevuld met 50 miljoen liter water. Dit is het Super-Kamiokande neutrino-observatorium, en sinds 1996 observeert het neutrino's, subatomische deeltjes, van zonne, extrasolar, terrestrische en kunstmatige bronnen. Het detecteert deze deeltjes met zeer gevoelige optische sensoren die minieme lichtflitsen registreren die optreden wanneer een neutrino interageert met een watermolecuul.

De sensoren moeten erg gevoelig zijn omdat neutrino-gebeurtenissen moeilijk vast te leggen zijn. Neutrino's hebben zo weinig massa dat ze meestal door gewone materie gaan alsof het er niet is, slechts zelden met elkaar omgaan. Door het observatorium diep onder de grond te bouwen, het helpt andere soorten deeltjes en straling te blokkeren, maar laat neutrino's de kamer binnen, een soort filter. De specifieke kenmerken van de lichtflitsen vertellen onderzoekers over het soort neutrino dat ze zojuist hebben gedetecteerd. omdat er verschillende soorten zijn die betrekking hebben op verschillende fenomenen die ze creëren.

Onderzoekers willen vooral anti-elektronneutrino's observeren, omdat die ons een verrassend aantal dingen over ons universum kunnen vertellen. Hoewel er al eerder een supernova in ons eigen sterrenstelsel is gedetecteerd, ze komen slechts zelden voor, enkele decennia uit elkaar. Dus onderzoekers kijken verder weg naar supernova's die miljarden jaren geleden plaatsvonden in verre sterrenstelsels, maar er is een addertje onder het gras.

Neutrinosignalen van deze verre supernova's zijn erg zwak en moeilijk te onderscheiden van achtergrondruis. De veelbetekenende flitsen die duiden op een supernova-gebeurtenis, hebben een boost nodig om onderzoekers te helpen het signaal te extraheren. De oplossing is om een ​​onzuiverheid aan het water toe te voegen die heldere flitsen veroorzaakt als reactie op neutronen die worden veroorzaakt door anti-elektron-neutrino-interacties, maar die verder geen invloed heeft op de waarnemingen bij Super-Kamiokande.

Onderzoekers hebben enkele tonnen van het zeldzame-aarde-element gadolinium gemengd met het overigens zuivere water. Gadolinium interageert met neutronen geproduceerd door bepaalde neutrino-interacties, en geeft een gemakkelijk detecteerbare gammaflits af. Deze flitsen informeren onderzoekers indirect over de neutrino's die ze hebben veroorzaakt. aanvankelijk, 13 ton gadoliniumverbinding is toegevoegd, waardoor een gadoliniumconcentratie van ongeveer 0,01% wordt verkregen. Onderzoekers zullen dit verhogen om de gevoeligheid voor neutrino-gebeurtenissen verder te verbeteren.

"Met een gadoliniumconcentratie van 0,01% zou Super-Kamiokande neutronen van neutrinobotsingen moeten detecteren met een efficiëntie van 50%, " zei professor Masayuki Nakahata die toezicht houdt op dit project. "We zijn van plan de concentratie binnen een paar jaar te verhogen om de efficiëntie te verhogen. Ik hoop dat we binnen een paar jaar neutrino's van oude supernova's kunnen waarnemen."