ساخت آشكار ساز نوترینو با استفاده از هلیم مایع

كار كردن با هلیم مایعی كه در دمای كمی بالاتر از صفر مطلق نگه داشته شده است، كار آسانی نیست. ولی یك گروه فیزیك‌دان امریكایی پیشنهاد كرده‌اند كه از 10 تن این ماده به عنوان آشكارسازی برای نوترینو‌های كم انرژی خورشیدی استفاده شود. نوترینوهای كم انرژی در مركز خورشید از واكنش‌های هسته‌ای زنجیره پروتون – پروتون به وجود می‌آیند؛ این زنجیر، مولد بخش اعظم گرمای خورشید است. اندازه‌گیری میزان نوترینوهایی كه به زمین می‌رسند، تصویر درست‌تری از رویدادهای درون خورشید ترسیم می‌كند؛ تصویری كه به نوبت خود در توضیح یك معضل قدیمی به ما كمك كند: چرا در آزمایش‌های روی زمین تعداد نوترینوهای پر انرژی‌ای كه شمرده می‌شود خیلی كمتر از آن است كه نظریه پیش بینی می‌كند. در آشكار سازی كه باندلر و همكارانش از دانشگاه براون، در رود آیلند مطرح می‌كنند از یك خاصیت منحصر به فرد ابر شاره هلیم مایع، استفاده می‌شود. در دماهای خیلی كم، حتی انرژی ناچیز نوترینویی كه از هلیم مایع می‌گذرد می‌تواند باعث جهش یا تبخیر یك اتم هلیم از سطح مایع شود، كه می‌تواند آن را آشكار سازی كرد.
آنچه باندلر در سر دارد كپسولی از ابر شاره هلیم مایع كه در دمایی كمتر از k1ر0 نگهداری می‌شود. بر هم كنش نوترینوها با ماده خیلی ضعیف است، ولی گهگاه نوترینویی كه از كپسول می‌گذرد با الكترون مداری اتم هلیم مایع برخورد می‌كند. الكترون پس زده اتم‌های مجاور را یونیده می كند، و بخش قابل توجهی از انرژی دوباره به صورت شبه ذراتی به نام روتون و فونون ظاهر می‌شود. این برانگیختگی‌ها می‌توانند مسافت زیادی را در داخل ابر شاره بپیمایند، بی آنكه تضعیف یا منحرف شوند، و وقتی به سطح مایع می رسند، باعث تبخیر اتم‌های هلیم می‌شوند. فیزیك‌دان‌ها پیشنهاد می‌كنند كه ویفر نازكی از سیلیسیم روی سطح هلیم مایع كار گذاشته شود تا اتم‌های تبخیر شده هلیم را آشكار سازی كند؛ دمای ویفر بالا می‌رود و این افزایش را می‌توان سنجید. در حقیقت برخورد نوترینو – الكترون در مایع موجب افزایش ناگهانی دمای ویفر می‌شود. از روی مقدار این افزایش می‌توان انرژی‌ای را كه به الكترون پس زده منتقل شده است تعیین كرد، و از آنجا انرژی نوترینو را به دست آورد.
برای آزمایش عملی بودن این فكر، گروه باندلر كپسول پیش نمونه‌ای به قطر 10 سانتی‌متر و ارتفاع 25 سانتی متر ساخته‌اند. این نمونه را در دمای K07ر0 نگه داشتند. در یك سری آزمایش ذرات آلفای آمریكیم 241 و پرتوهای گامای سزیم 137 را به هلیم مایع تاباندند و روتون‌ها و فوتون‌ها را برانگیختند و توانستند افزایش دمای ناشی از تبخیر اتم‌های هلیم سطح مایع برخورد آن‌ها با ویفر سیلسیم را اندازه بگیرند. برای آشكارسازی نوترینوهای حاصل از واكنش پروتون – پروتون، بین 1000 تا 10000 ویفر سیلیسیم لازم است. آزمایشگران همچنین باید راهی پیدا كنند كه بتوانند 10 تن هلیم مایع را در دمای كمی بالای صفر مطلق نگه دارند – كه چه كارستانی است! محققان می‌گویند كه این آشكار ساز روزی 20 نوترینوی خورشیدی را به دام می‌اندازد. این نوع آشكارساز نوترینو، نسبت به آشكار سازهای دیگری كه تاكنون طرح یا پیشنهاد شده است، دو مزیت مهم دارد. اولاً ابر شاره هلیم را می‌توان خالص‌تر از سیار مواد تهیه كرد. زیرا رفتارش مثل هیچ مایع دیگری نیست – مثلاًٌ اینكه سر بالا می‌رود و از كوچكترین منافذ عبور می‌كند. اگر مایع خالص باشد احتمال وقوع رویدادهایی كه ممكن است با نوترینو اشتباه شوند، كم خواهد بود. دومین برتری آشكار ساز ابر شاره‌ای این است كه انرژی نوترینو در جرم عظیم هلیم مایع ذخیره نمی‌شود، بلكه در یك ویفر سیلیسیم جای می‌گیرد. این ویفر را می‌توان به قدری نازك ساخت كه حتی چسبیدن تعداد كمی اتم هلیم به آن، موجب افزایش دمایی شود كه قابل اندازه‌گیری است.