Jepang Simpan 50 Ribu Ton Air di Bawah Gunung untuk Deteksi Partikel Neutrin

Observatorium Kamioka, ICRR (Institut Penelitian Sinar Kosmik), Universitas Tokyo(ist)

SUPER-Kamiokande yang berada sekitar 1 kilometer di bawah gunung di Kamioka, Jepang, adalah salah satu detektor neutrino terbesar di dunia.

Tangki raksasanya diisi dengan 50.000 ton air ultra-murni (sekitar 13 juta galon) yang digunakan untuk mendeteksi partikel neutrino, yang sangat sulit ditangkap.

Mengapa Jepang menyimpan begitu banyak air ultra-murni? Air ultra-murni adalah air yang hampir sepenuhnya bebas dari pengotor dan mineral, biasanya hanya ditemukan di laboratorium.

Karena sifatnya, air ini tidak bisa diminum dan jika tertelan, tekanan osmotiknya bisa merusak sel-sel tubuh. Di Jepang, air ultramurni dalam jumlah besar digunakan bukan untuk konsumsi, melainkan sebagai medium untuk mendeteksi partikel neutrino yang sulit ditangkap.

Baru-baru ini, tim peneliti Super-K menyetujui rencana untuk membuat detektor ini menjadi seribu kali lebih sensitif. Mereka akan menambahkan senyawa kimia bernama gadolinium sulfat ke dalam air, yang membantu menangkap lebih banyak sinyal neutrino.

Neutrino bisa terbentuk dari berbagai proses alamiah. Selain itu, reaktor nuklir juga menghasilkan neutrino, ilmuwan bahkan bisa membuat berkas neutrino menggunakan akselerator partikel.

Partikel ini tidak bermuatan listrik, memiliki massa sangat kecil, dan hanya jarang berinteraksi dengan materi. Karena sifat itulah, neutrino sangat sulit dideteksi, meskipun triliunan partikel melewati detektor setiap detiknya.

Setiap hari, Super-K mendeteksi sekitar 30 neutrino yang berinteraksi dengan molekul air di tangkinya. Air ultra-murni ini dijaga tetap bersih melalui sistem penyaringan yang menghilangkan bakteri, ion, dan gas, serta perlakuan ekstra untuk mencegah kontak dengan zat korosif.

"Seseorang pernah menjatuhkan palu ke dalam tangki," ungkap peneliti eksperimental Mark Vagins dari Institut Kavli untuk Fisika dan Matematika Alam Semesta, Universitas Tokyo.

"Palu itu dilapisi krom agar terlihat bagus dan berkilau. Akhirnya kami menemukan kromnya, bukan palunya," lanjutnya.

Saat neutrino berinteraksi dengan air di Super-K, ia menghasilkan partikel yang bergerak lebih cepat daripada cahaya dalam air, menimbulkan kilatan biru. Kilatan ini dideteksi oleh sekitar 13.000 tabung fotomultiplier yang terpasang di dinding tangki.

Di seluruh alam semesta, beberapa bintang masif meledak sebagai supernova setiap detik, menghasilkan triliunan neutrino selama 13,8 miliar tahun.

Hal ini menciptakan latar belakang neutrino yang samar di kosmos, yang hanya bisa terdeteksi jika para ilmuwan menemukan cara untuk “menangkap”, bahkan sebagian kecil dari partikel-partikel hampir tak terlihat ini.

Pada 2002, di pertemuan neutrino di Munich, Jerman, eksperimentalis Vagins dan ahli teori John Beacom dari Ohio State University, mulai membahas ide baru.

Mereka merancang cara agar Super-Kamiokande, bisa lebih efektif mendeteksi neutrino peninggalan supernova di alam semesta.

Vagins dan Beacom menyepakati ide baru untuk eksperimen berikutnya, yang mereka beri nama GADZOOKS! (Detektor Antineutrino Gadolinium yang Bersemangat Mengungguli Kamiokande Lama, Super!).

Mereka mengusulkan menambahkan 100 ton gadolinium sulfat (Gd₂(SO₄)₃) ke dalam air ultra murni Super Kamiokande.

Karena menambahkan senyawa kimia langsung ke detektor besar tidak bisa dilakukan sembarangan, tim mereka membuat versi mini bernama EGADS (Evaluating Gadolinium's Action on Detector Systems).

Dengan ukuran 0,4 persen dari Super-K, menggunakan 240 tabung fotomultiplier dan 200 ton (52.000 galon) air ultra-murni. Setelah tangki diisi ulang dengan air ultra-murni, gadolinium sulfat dapat ditambahkan, dan sistem penyaringan memungkinkan senyawa ini dibuang kapan saja jika diperlukan.

Sumber: Symmetry Magazine, Medium