Het licht van Cherenkov

Om de hoge-energie deeltjes te ontdekken die uit neutrinointeractie voortvloeien, detecteerd super-Kamiokande een fenomeen dat als licht van Cherenkov bekend staat.

De geladen deeltjes (enkel de geladen deeltjes) steken het water over met een snelheid groter dan 75% van de snelheid van het licht in een kegelpatroon rond de richting van het spoor uit, zoals bij linkerzijde. Het blauwachtige Cherenkov-licht wordt overgebracht door het hoogst-zuivere water van de tank, en daalt uiteindelijk op de binnenmuur van de detector af, die met photo-multiplier buizen (PMT'S) uitgerust is. Deze PMT'S zijn elk gevoelig voor verlichting door één enkel foton van licht - een lichtniveau ongeveer overeenkomstig als het licht zichtbaar vanop de aarde van een kaars bij de afstand van de maan!

Elke PMT meet de totale hoeveelheid licht dat het bereikt, evenals de tijd van aankomst. Deze metingen worden gebruikt om energie en beginnende positie, respectievelijk, van om het even welk deeltje dat door het water gaat opnieuw op te bouwen. Even belangrijk, de serie van meer dan 11.000 steekproeven PMTs geven de projectie van het distinctieve ringpatroon, dat kan worden gebruikt om de richting van een deeltje te bepalen. Tot slot de details van het ringpatroon - meest kenmerkend aan de scherpe randen die een muon heeft, of de verwarde, vage randen kenmerkend voor een elektron, kunnen worden gebruikt om muon-neutrino en elektron-neutrinointeractie betrouwbaar te onderscheiden.

Neutrino interacties

Aangezien neutrino's zelf niet direct kunnen worden ontdekt, ontdekt super-Kamiokande de bijproducten van hun interactie binnen het watervolume van de detector en de nabijgelegen rots. Twee bronnen van neutrino's zijn beschikbaar voor onze studies.

"Atmosferische" neutrino's worden geproduceerd wanneer de kosmische straaldeeltjes van de buitenruimte met de atmosfeer van de Aarde in botsing komen, dit produceert een nevel van secundaire deeltjes met elektron- en muon-neutrino's. Neutrino's worden geproduceerd in de atmosfeer boven super-Kamiokande, en op elke andere plaats ter wereld. Vandaar gaan neutrino's die aan de tegenovergestelde kant van de Aarde worden geproduceerd door de Aarde, en komen onderaan bij de detector aan.

Naast neutrino's die in de atmosfeer van de Aarde worden geproduceerd, is de Zon ook een bron van neutrino's. Deze worden geproduceerd in de complexe kettingreacties die de Zon produceert. Deze "zonne" neutrino's zijn elk van het elektronentype, en zijn aanzienlijk lager in energie dan atmosferische. Tengevolge is de zonneneutrinoanalyse moeilijker aangezien het radioactieve bederf van materialen in en rond de detector tot geladen deeltjes van vergelijkbare energie leidt.

Vijf verschillende klassen van gegevens worden geanalyseerd, geclassificeerd of neutrino's uit de Zon of de Aarde komen, en in het laatstgenoemde geval, of de producten van de neutrino interactie ingaan en/of de detector weggaan.

Overzicht van de 5 verschillende klassen: