Experimentul denumit SNO+ se află ascuns în adâncurile minei canadiene Snolab Creighton. Inima instalației, situată la o adâncime de 2 km, este o sferă de acril de 12 m, în care sunt dispuse aproape 10.000 fotodetectoare, care detectează sclipirile celor 780 tone de scintilator lichid din interiorul sferei, atunci când particule de mare energie trec prin ea. Apa care înconjoară sistemul și roca de deasupra acestuia protejează detectorul de radiația cosmică, izolând sistemul de toate efectele externe, cu excepția neutrinelor.
Experimentul necesită întuneric absolut, chiar și dincolo de spectrul luminii vizibile. Sistemul este atât de sensibil, încât dacă cineva coboară pe puțul principal și traversează tunelul stâncos spre laborator, pe corpul și hainele sale se depune o cantitate mică de praf radioactiv de radon, care chiar și după un duș sau schimbarea hainelor o poate afecta.
Planetă radioactivă
Neutrinii sunt cele mai comune particule, dar masa lor este extrem mică: doar o milionime din masa unui electron. Datorită acestui aspect, aceste particule nu interacționează aproape niciodată cu materia cunoscută. De exemplu, aceste particule trac prin corpul nostru cu trilioanele în fiecare secundă, dar cercetătorii au reușit să detecteze doar câteva sute de mii în ultimii ani, cu ajutorul acestui detector și al altor detectoare similare. Acestea provin în mare măsură de la Soare.
Și mai dificil de detectat sunt geoneutrinii, dintre care s-au detectat doar câteva sute în decursul a mai multor decenii. Geoneutrinii se formează în cadrul unor procese care încălzesc interiorul planetei. Această căldură joacă un rol semnificativ în menținerea curgerii rocilor din mantaua pământului, care modelează multe aspecte, de la tectonica plăcilor până la câmpul magnetic al Pământului. Aceasta provine din două surse principale: căldura rămasă din formarea planetei și căldura rezultată din dezintegrarea uraniului, toriului și potasiului. Fără această a doua sursă, Pământul s-ar fi răcit de mult, iar mișcările tectonice ar fi dispărut, posibil afectând viața de pe ea terminal.
Prin numărarea geoneutrinilor fizicienii pot obține informații directe despre elementele vitale ale Pământului, care generează căldură. „Acesta este singurul lucru pe care îl facem concentrându-ne asupra Pământului. Toate celelalte activități ale noastre se concentrează mai degrabă pe ceea ce ajunge la noi din alte părți ale universului”, a declarat Ryan Bayes, astrofizicianul specializat în fizica particulelor de la Queen’s University, care lucrează la proiectul SNO+.
Prima detectare a geoneutrinilor este asociată cu detectorul japonez Kamland și a fost raportată în 2005. În 2009, detectorul Borexino din Italia a detectat câteva zeci de geoneutrini suplimentari. Cercetătorii de la SNO+ au anunțat în Noiembrie 2025 primele detectări reușite, mărind cu aproximativ 50 numărul.
Detecțiile SNO+ sunt deosebite datorită locației experimentului: aceștia sunt primii geoneutrini detectați în emisfera vestică, oferind astfel o nouă perspectivă asupra interiorului radioactiv al Pământului.
Există în continuare incertitudini semnificative în interpretarea rezultatelor experimentelor, dar conform celor mai bune estimări, fiecare detector măsoară un flux diferit. „Acesta ar putea fi primul indiciu că mantaua nu este omogenă”, a declarat Mark Chen, astrofizician specializat în fizica particulelor la Queen’s University și director al colaborării SNO+. Geochimiștii au presupus în mod tradițional că elementele radioactive sunt distribuite uniform în mantă, deoarece în roca lichidă totul se amestecă. Cu toate acestea, măsurătorile de geoneutrini efectuate în diverse locații sugerează contrariul.
Regiunile care par să producă cei mai mulți geoneutrini se află deasupra unor zone de dimensiuni aproximativ egale cu cele ale unui continent, formate dintr-o materie extrem de fierbinte și densă (LLSVP), pe care seismologii le-au cartografiat de ambele părți ale nucleului. Una se află sub Africa, iar cealaltă sub Oceanul Pacific.
„Este posibil ca în manta să existe structuri pe care încă nu le cunoaștem, și este posibil ca să aibă anumite elemente mai concentrate”
– spune Chen.
Neutrinii ar putea oferi într-o zi o nouă perspectivă asupra originii încă misterioase a acestor structuri și într-un sens mai larg, asupra modelelor care se conturează în manta și care determină numeroase aspecte ale sistemului terestru. „Aceasta ar putea fi o metodă importantă pentru crearea unei hărți chimice a interiorului Pământului”, a declarat William McDonough, geochimist la Academia Chineză de Științe, care joacă de mult timp un rol de frunte în cercetarea geoneutrino-urilor.
Detectarea geoneutrinelor
Rămâne o întrebare deschisă dacă măsurătorile geoneutrino-urilor relevă într-adevăr diferențe între zonele mantalei aflate sub experimente sau dacă dezechilibrul provine din faptul că diferitele experimente calculează geoneutrino-urile în moduri diferite. Cercetătorii subliniază în unanimitate că incertitudinea este încă atât de mare încât este imposibil de spus acest lucru.
„Dacă ne bazăm pe aparențe, am putea spune că în emisfera vestică există mult mai mult material radioactiv decât în emisfera estică”, a spus McDonough. Însă din numeroase motive aceste estimări trebuie tratate cu prudență. „Au dreptate italienii? Sau japonezii? Sau toată lumea? Sau poate că ceva nu este în regulă?”, continuă expertul. Incertitudinile legate de rezultatele fiecărui detector provin din procesul de filtrare pe care fizicienii îl efectuează pentru identificarea geoneutrino-urilor – a explicat Bayes. Din păcate, particulele nu se prezintă la momentul detectării, spune expertul.
Cercetătorii trebuie să filtreze semnalele particulelor cu energie prea mare, ale celor cu valori incorecte, precum și ale particulelor despre care se presupune că provin de la centrale nucleare. De asemenea, trebuie să elimine geoneutrinii proveniți din scoarța terestră, dintre care majoritatea provin dintr-o zonă de câteva sute de kilometri în jurul detectorului. Odată ce aceștia sunt eliminați din numărul total, ar trebui să rămână doar semnalele de geoneutrini provenite din manta.
În general, se poate spune că fluxul de geoneutrini provenind din manta pare foarte ridicat la Borexino și foarte scăzut la Kamland, deși incertitudinile sunt mari. Interpretarea geologică detaliată a rezultatelor SNO+ este încă în curs, spune Chen, dar până acum experții observă o zonă „destul de mediocră” sub Canada.
O provocare deosebită pentru cercetătorii de la SNO+ o reprezintă înțelegerea neutrinilor proveniți din zona înconjurătoare a detectorului, inclusiv dintr-un bazin format în urma unui impact uriaș care a avut loc acum 1,8 miliarde ani. „Există multe factori necunoscuți în această zonă geologică”, a spus Virginia Strati, cercetătoare la Universitatea din Ferrara, Italia, care a contribuit la elaborarea unui model de radioactivitate locală pentru Snolab.
Incertitudinea provine și din faptul că nu cunoaștem cu exactitate cantitatea totală de materiale radioactive care încălzesc manta. Pe baza fluxului de geoneutrini, aceste elemente pot reprezenta doar un procent mic din producția de căldură, dar pot ajunge chiar și la jumătate – această diferență corespunde puterii a zeci de mii de centrale nucleare.
Ambele surse de incertitudine îngreunează și mai mult detectarea diferențelor dintre compozițiile chimice ale diferitelor părți ale mantalei. Diferența preconizată în fluxul de geoneutrini, determinată de distribuțiile diferite ale elementelor radioactive, este foarte mică și se pierde în aceste incertitudini, spune Strati.
Detectarea efectuată de SNO+ survine într-un moment interesant pentru cercetarea geoneutrino-urilor: JUNO, un alt experiment uriaș cu neutrini, care colectează în prezent date în China, se așteaptă să furnizeze încă din acest an primul său raport, oferind astfel un al patrulea punct de vedere și o imagine semnificativ mai bogată pentru cercetări.
Experimentul, dotat cu peste 20.000 tone de scintilatori și amplasat sub un munte în afara orașului Guangzhou, este atât de vast încât se preconizează că încă din primul său an va detecta mai mulți geoneutrini decât au detectat Kamland, Borexino și SNO+ la un loc în ultimele decenii.
Estimări mai precise ale fluxului de geoneutrini măsurat în cadrul fiecărui experiment pot rezulta din date geologice mai detaliate, precum și din numărări suplimentare de geoneutrini efectuate la fiecare locație. Totuși, potrivit lui McDonough, cea mai bună soluție ar fi instalarea unui detector de neutrini pe fundul oceanului. O astfel de instalație s-ar afla la mare distanță de rocile continentale bogate în elemente radioactive, iar scoarța oceanică este mai subțire și mai uniformă, iar apa în sine formează un izolator bun. Incertitudinile legate de scoarță s-ar reduce semnificativ.
Ideea detectorului de pe fundul oceanului, ale cărui costuri sunt estimate la câteva sute de milioane de dolari, nu a găsit până acum prea mult ecou în rândul finanțatorilor guvernamentali. McDonough se poate baza doar pe informațiile viitoare din China, întrucât această țară a dat deja undă verde și altor proiecte majore din domeniul științelor Pământului.
