VÅRT UNIVERSUMS FRAMTID


Vårt universum började med urknallen ("Big Bang")

för ungefär 15000 miljoner år sedan.

Sedan dess har världsalltet utvidgat sig oavbrutet.

Alla galaktiska system som vi kan se på natthimlen rör sig fortfarande bort ifrån varandra.

Hur kommer vårt universum att utvecklas i framtiden?

Det kommer att bero på gravitationskrafterna vilka är de enda som är i stånd att motstå denna expansion. Gravitationskraften beror på:

den totala tätheten av vårt universum

1)om tätheten av världsalltet är       2) alternativet är att tätheten är så
tillräckligt stor, kommer universum     låg att världsalltet kommer att
att sammandraga sig och slutligen       utvidga sig för evigt.
sluta med en stor implosion ("Big Crunch").

...om inte naturen väljer en lösning precis mittemellan...

Astronomerna har försökt mäta tätheten på vårt universum genom att observera stjärnorna i vårt stjärnsystem och omgivande galaktiska system, såsom klotformiga stjärnhopar och spiralnebulosor i universum.

Från dessa visuella observationer har man dragit slutsatsen att den synliga delen av universum inte är särskild tät och borde fortsätta att utvidga sig för alltid.

Denna slutsats konfronteras emellertid med några fysikaliska observationer som gjorts av astrofysiker.

Vad består den mörka massan (Dark Matter) av? Hur mycket mörk massa finns det som minskar vårt universums utvidgningshastighet?

Vi vet att det finns en mängd osynliga elementarpartiklar som kallas för neutriner i vårt universum. De skapades i den stora explosionen Big Bang och rör sig nu fritt omkring i vårt universum.

Givet deras stora antal kan neutrinerna, även om deras massa är liten, ha ett djupgående inflytande på universums täthet och på så sätt ha inflytande på dess utveckling.

Massiva neutriner spelar också en mycket betydelsefull roll i elementarpartikelfysiken och i konstruktionen av en allomfattande teori, den s.k. "Grand Unified Theory". Därför är en mätning av neutrinomassan mycket viktig för våra ideer om det oändligt stora (Kosmologin) och det oändligt lilla (Elementarpartiklarna).

Med nuvarande experimentella känsligheter finns det inga bevis för att neutrinomassan avviker från noll.

Det finns tre olika neutrinotyper. Om de olika neutrinosorterna har massa, kan de förändra sig från den ena till den andra sorten, ett fenomen som är känt under namnet "neutrino-oscillationer". Därför kommer iakttagelsen av neutrinooscillationer att vara en indirekt möjlighet att mäta neutrinomassan.

I CHORUS-experimentet analyserar vi växelverkan av en ren neutrinostråle av en särskild typ (myonneutriner) producerad av den stora CERN SPS-acceleratorn. Vår detektor har en extremt hög känslighet för att registrera närvaron av en annan typ av neutrino (tau-neutrinon), vilket skulle kunna påvisa neutrinooscillationer. Om vi observerar ett positivt bevis på neutrinooscillationer i CHORUS-experimentet kan vi härleda tau-neutrinons massa. Detta skulle vara en stor upptäckt med djupgående konsekvenser för partikelfysik, astronomi och kosmologi.

EMULSIONSTARGET & FIBERSPÅRSÖKARE

Emulsionens totala vikt : ungefär 800 kg

Fibrernas totala längd : ungefär 1720 km

1] EMULSIONSTARGET

En kärnemulsion är tillverkad av en fotografisk film, förbättrad för partikel-fysiken. Emulsionen kan detektera partikelspår med en upplösning av en mikron, det vill säga en tusendels millimeter.

Vi söker en tau-lepton (tau-lepton = mycket tung typ av elektron, ungefär 3,5 miljoner gånger elektronmassan) som är producerad i växelverkan mellan en tau-neutrino och en atomkärna i emulsionen. Tau-leptonen sönderfaller efter att ha färdats en mycket kort sträcka på ungefär 100 mikrometer, det vill säga 0,1 millimeter. Ett sådant kort spår kan endast observeras i en fotografisk kärnemulsion. Utan detektion av detta sönderfallsspår vore det omöjligt att skilja mellan tau-neutriner och myon-neutriner. Efter att ha exponerats i myon-neutrinostrålen i två år kommer emulsionen att framkallas. Neutrino-växelverkningar kommer att registreras med hjälp av ett datorstyrt (halv)automatiskt mikroskop, till att börja med från den punkt som förutsägs av fiberspårsökaren.

2] OPTISKA-FIBERSPÅRSÖKAREN

Optiska fibrer är ordnade i vågräta och lodräta plan. Varje fiber innehåller scintillationsmaterial. Positionen av en laddad partikel som går tvärs igenom varje enskilt plan kan detekteras av det ljus som utstrålas från fibret i fråga. Linjen som förbinder punkterna i på varandra följande plan anger den punkt varifrån spåret av den laddade partikeln ifråga lämnar emulsionen.

3] BILDFÖRSTÄRKARE

Ljuset som kommer ifrån en fiber i spårsökaren är mycket ljussvagt (enstaka ljuskvanta).

Bildförstärkare användes för att detektera detta ljus. En bildförstärkare är mycket känslig och kan förstärka ljusintensiteten medan den bibehåller bildens koherens.

DEN MAGNETISKA SPEKTROMETERN

Den magnetiska spektrometern mäter impulsmomentet och den elektriska laddningen på en partikel som passerar igenom den. Spektrometern är sammanställd av tre spårsökare och en stor magnet med luftkärna.

HEXAGONALMAGNETEN

Hexagonalmagneten är en pulserad magnet med luftkärna och lindningar bestående av tunna aluminiumplåtar. Magneten producerar ett uniformt magnetiskt fält, vars riktning är parallellt med den yttre kanten av sexhörningen.

I det magnetiska fältet är banorna av de laddade partiklarna krökta. Krökningen av banan är omvänt proportionell mot partikelns impulsmoment.

SPÅRSÖKARNA

Tre skikt av fiberspårsökarplan är monterade framför och bakom den sexhörniga magneten. Med de sista skikten av fiberspårsökarna är det möjligt att göra noggranna mätningar på krökningen av partikelspåret.

Informationen om krökningen av partikelspåret och den magnetiska fältstyrkan gör det möjligt för oss att bestämma laddningen och impulsmomentet av laddade lågenergetiska partiklar.

KALORIMETERN

ÄNDAMÅL: att mäta partiklars energi och position.

Kalorimetern är gjord av bly och scintillerande optiska fibrer.

Den infallande partikeln växelverkar i blyet och producerar sekundärpartiklar, som i sin tur alstrar tertiära partiklar etc. (detta kallas för en lavin).

Dessa partiklar överför sin energi till blyatomerna och atomerna i fibrerna tills de blivit stoppade. Den till fibrerna överförda energin förvandlas till ljus av scintillatormaterialet i fibrerna.

Ljusmängden är proportionell mot den inkommande partikelns energi. På så sätt är det möjligt att få veta den inkommande partikelns energi genom att mäta den producerade ljusintensiteten.

Dessutom ger positionerna av de ljusproducerande fibrerna den inkommande partikelns position.

MYONSPEKTROMETERN

Bakom kalorimetern är myonspektrometern uppställd. Endast myoner (myon = tung typ elektron, ungefär 200 gånger elektronmassan) kan passera igenom kalorimetern och komma in i myonspektrometern, som mäter myonernas impulsmoment.

Myonerna hör till tau-leptonernas sönderfallsprodukter, som bildas när tau-neutrinon växelverkar med atomkärnor i emulsionen.

Myonspektrometern är sammansatt av sex magnetenheter och sju spårsökarsektioner bestående av driftkammare och "streamer-rör".

MAGNETENHET

Detta är en stor och kraftig elektromagnet, med cirkulärt magnetiskt fält. Myonspåren kröks av magnetfältet.

STREAMER-RÖR och DRIFTKAMRAR

När en myon passerar igenom spektrometern producerar den elektroniska signaler i varje del av spektrometern. Genom att mäta dessa signaler kan vi bestämma krökningen av myonspåret och därmed myonens laddning och impulsmoment.