Ψάχνοντας τα μυστικά του Σύμπαντος στο βυθό της Πύλου

ΠΕΙΡΑΜΑ  NESTOR
 
Ένα από τα τέσσερα μεγαλύτερα πειράματα ανίχνευσης νετρίνων στον πλανήτη γίνεται σε θαλάσσια περιοχή της Μεσσηνίας. 
Κοντά στο φρέαρ των Οινουσών, ανοιχτά της Πύλου, σε απόσταση 10 μιλίων περίπου από το βαθύτερο σημείο της Μεσογείου, κατασκευάζεται ένα από τα τρία τηλεσκόπια νετρίνων στον κόσμο. [Τα άλλα γίνονται, ένα στο Βόρειο Πόλο, ένα στη λίμνη Βαϊκάλη κι ένα ακόμα στη Χαβάη]. 
Τα νετρίνα είναι μυστηριακά, σχεδόν φανταστικά σωματίδια, με σχεδόν μηδενική μάζα που κινούνται με την ταχύτητα των 300.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο (την ταχύτητα του φωτός). Τα νετρίνα απελευθερώθηκαν πριν 15 δισεκατομμύρια χρόνια, μετά από μια έκρηξη αδιανόητης ισχύος και υφής -το Big Bang- που αποτέλεσε την αρχή της δημιουργίας του Σύμπαντος. Κάθε στιγμή δισεκατομμύρια νετρίνα κυκλοφορούν ασταμάτητα, διασχίζουν τη γη και συνεχίζουν ανενόχλητα το ιλιγγιώδες ταξίδι τους. Τα περίεργα αυτά σωματίδια λόγω της φύσεως και της ενέργειας που μεταφέρουν, είναι σε θέση να δώσουν πολλές πληροφορίες για το παρελθόν αλλά και το μέλλον του Σύμπαντος. Η ανίχνευση των νετρίνων επιχειρείται με ένα νέο είδος "τηλεσκοπίου", που ποντίσθηκε στη θάλασσα ανοιχτά της Πύλου.
Πρόκειται για το πρώτο τηλεσκόπιο νετρίνων, διάστασης 1Km³, το οποίο εγκαταστάθηκε σε βάθος 5.000 υπό την επιφάνεια της θάλασσας. Η εγκατάστασή του σε μεγάλο βάθος μέσα στη θάλασσα είναι απαραίτητη, ώστε να απορροφάται η κοσμική ακτινοβολία, που επίσης αφθονεί στο Σύμπαν και που δυσκολεύει την ανίχνευση των νετρίνων. Κάποια από τα νετρίνα θα αντιδράσουν με το θαλάσσιο νερό και η αντίδραση αυτή  καταγράφεται από τις πειραματικές συσκευές.

Σκοπός του τηλεσκοπίου είναι η ανίχνευση νετρίνων, ουδέτερων θεμελιωδών σωματιδίων υψηλής ενέργειας, που δίνουν πληροφορίες για αστρικούς γαλαξίες ορατούς και μη με τα φωτονικά τηλεσκόπια, για τις μαύρες τρύπες του διαστήματος καθώς και απαντήσεις σχετικές με την αρχή του σύμπαντος. Ίσως όμως το πιο ενδιαφέρον, το πιο εντυπωσιακό που θα αποκαλύψουν τα νετρίνα είναι κάτι που δεν μπορούμε τώρα να φανταστούμε. Γιατί μ' ένα τέτοιο πείραμα καταβάλλεται προσπάθεια ν' ανοίξει ένα παράθυρο σε μια γωνιά του σύμπαντος που κανείς μέχρι σήμερα δεν έχει κοιτάξει. Και οι ερευνητές ελπίζουν ότι αυτό που θα δούμε θα είναι απροσδόκητο και συναρπαστικό. Στο πείραμα συμμετέχουν περισσότεροι από εβδομήντα ειδικοί ερευνητές από την Ευρώπη, την Αμερική, τη Ρωσία και την Ιαπωνία. Το κόστος κατασκευής είναι πάνω από 400 εκατομμύρια δολάρια.
Οι εργασίες συντονίζονται από την ελληνική επιστημονική ομάδα του Ινστιτούτου Τεχνολογιών και Ερευνών Βαθείας Θαλάσσης και Αστροσωματιδιακής Φυσικής Νετρίνων της ΓΓΕΤ, του υπουργείου Ανάπτυξης. Ο καθηγητής φυσικής του πανεπιστημίου Αθηνών κ. Λεωνίδας Ρεσβάνης είναι ο εμπνευστής και επικεφαλής του εγχειρήματος.
Τι είναι τα νετρίνα;
Το νετρίνο παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στην δεκαετία του 1930 και από το φυσικό Ενρίκο Φέρμι ονομάστηκε έτσι (neutrino), δηλαδή ουδέτερο. Επρόκειτο για ένα από τα στοιχειώδη σωματίδια, όπως το φωτόνιο ή το νετρόνιο.
Από τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης μέχρι και σήμερα, κάθε στιγμή δισεκατομμύρια νετρίνα κυκλοφορούν ασταμάτητα στο σύμπαν με την ταχύτητα του φωτός, διαπερνώντας την ύλη λόγω της ασθενικής τους μάζας και φέρνοντας πολύτιμες πληροφορίες για τη γέννηση και το μέλλον του σύμπαντος. Οι ειδικοί υπολογίζουν ότι περίπου 500 νετρίνα που προέρχονται από τη Μεγάλη Έκρηξη βρίσκονται ανά πάσα στιγμή γύρω μας, σε κάθε κυβικό εκατοστό χώρου.
Χάρη σ' αυτά τα στοιχειώδη σωματίδια, οι αστροφυσικοί αντιλήφθηκαν το 1987 μια ασύλληπτης ισχύος έκρηξη που συνέβη στο νεφέλωμα του Μαγγελάνου και απελευθέρωσε στο σύμπαν έναν αδιανόητο αριθμό νετρίνων που έφτασαν και στη Γη -μεταφέροντας την πληροφορία- αφού ταξίδεψαν 160.000 χρόνια. Πάντως, σύμφωνα με τη γνώμη πολλών ειδικών, από τα περίπου 250 στοιχειώδη σωματίδια που εντοπίστηκαν, μόνο το νετρίνο πληροί όλες τις προϋποθέσεις που είναι απαραίτητες ώστε να μπορέσουμε να πάρουμε περισσότερες πληροφορίες.
 Η ανίχνευση των νετρίνων
Παλιότερα, τα νετρίνα ήταν πρακτικά αόρατα σε κάθε επιστημονική παρατήρηση, λόγω της χαμηλής τους ενέργειας. Επιπλέον, δεν είχε δοθεί ιδιαίτερη σημασία στις πληροφορίες που θα μπορούσαμε να συλλέξουμε απ' αυτά τα σωματίδια. Κάποτε, όμως, έγινε αντιληπτό ότι τα νετρίνα φτάνουν στον πλανήτη μας από ακρότατα σημεία άλλων γαλαξιακών συστημάτων και αφού έχουν διασχίσει με μια ευθύγραμμη πορεία άστρα, πλανήτες και νεφελώματα. Με δεδομένο ότι τα νετρίνα δεν παρεκκλίνουν εξαιτίας των μαγνητικών πεδίων και δε διασπώνται από τη μεσοαστρική ύλη -αφού δεν έχουν σχεδόν μάζα και είναι ηλεκτρικά ουδέτερα- οι αστροφυσικοί κατάλαβαν ότι με τη μελέτη τους ίσως αποκαλυφθούν γνώσεις που δεν υπήρχε τρόπος να καταγραφούν διαφορετικά.
Οι πρώτες προσπάθειες ανίχνευσης νετρίνων έγιναν σε υπόγειες στοές παλιών ορυχείων χρυσού και σε τεχνητές δεξαμενές νερού, αφού ήταν γνωστό ότι τα νετρίνα αντιδρούν όταν έρχονται σ' επαφή με τα μόρια του νερού. Μ' αυτό τον τρόπο κατάφεραν μεν να ανιχνεύσουν νετρίνα, αλλά μόνο εκείνα που προέρχονταν από τον Ήλιο και όχι το ζητούμενο, τα αρχαία νετρίνα, εκείνα δηλαδή που ταξιδεύουν στο σύμπαν προερχόμενα από τη Μεγάλη Έκρηξη. Όμως, οι πολυετείς έρευνες που έγιναν για τον εντοπισμό του ιδανικού σημείου όπου τα νετρίνα θα συναντούσαν αντίσταση, ώστε ν' αντιδράσουν και να δώσουν πληροφορίες, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το ουσιαστικό πρόβλημα ήταν η κοσμική ακτινοβολία, η οποία εμποδίζει την απομόνωση των νετρίνων. Το επόμενο βήμα ήταν κοντά. Διαπιστώθηκε ότι το θαλασσινό νερό αφενός εμποδίζει την κοσμική ακτινοβολία να φτάσει στις συσκευές ανίχνευσης, αφετέρου, σε βάθος 4.000 υπό την θάλασσα, παρατηρείται κατά ένα εκατομμύριο φορές μικρότερη κοσμική ακτινοβολία απ' όση στην επιφάνειά της.
Προοπτική Στόχοι
Ο NESTOR είναι η πρώτη Ευρωπαϊκή προσπάθεια για την δημιουργία ενός τηλεσκοπίου νετρίνων στη βαθιά θάλασσα. Το τηλεσκόπιο νετρίνων NESTOR ανιχνεύει την ακτινοβολία Cherenkov που παράγεται από μυόνια, όταν αυτά διασχίζουν ένα διαφανές μέσο όπως το νερό. Τα μυόνια έχουν παραχθεί από νετρίνα ή από αντιδράσεις κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα. Έτσι οι πιο σημαντικές προϋποθέσεις για τον ανιχνευτή είναι: Καθαρό νερό (δηλαδή μικρός συντελεστής απορρόφησης), βαθιά θάλασσα (για την απορρόφηση της Κοσμικής Ακτινοβολίας), μικρή απόσταση από την ξηρά (για να έχουμε μικρό μήκος ηλεκτρο-οπτικού καλωδίου για ηλεκτρική ισχύ και μεταφορά δεδομένων), χαμηλή ταχύτητα υποθαλάσσιων ρευμάτων (για μικρές μηχανικές καταπονήσεις του τηλεσκοπίου), επίπεδη και πλατιά επιφάνεια (για μελλοντική ανάπτυξη με άλλων πύργων) και σταθερές γεωλογικές και περιβαλλοντολογικές συνθήκες (για μεγάλη διάρκεια ζωής του ανιχνευτή). Όλες οι παραπάνω προϋποθέσεις πληρούνται στην περιοχή γύρω από το στίγμα 36° 37.5' Ν, 21° 34.6' Ε, στη μέση μίας υποθαλάσσιας λεκάνης με μικρή κλίση (που ονομάζουμε υποθαλάσσια λεκάνη του Νέστορα). Το μέσο βάθος στην περιοχή αυτή είναι 3800 μέτρα.
Το τηλεσκόπιο νετρίνων
Το τηλεσκόπιο νετρίνων NESTOR αποτελείται από "ορόφους". Κάθε όροφος είναι ένας μεταλλικός αστερίας από τιτάνιο (ή αλουμίνιο), με έξι ακτίνες μήκους 17 μέτρων. Μέχρι και 10 τουλάχιστον τέτοιοι 12όροφοι «πύργοι» (οι οποίοι θα απέχουν μεταξύ τους 30μ) αποτελούν ένα "πύργο" του NESTOR. Το συνολικό του ύψος θα είναι μεγαλύτερο από τον πύργο του  Άιφελ.

Το δάπεδο του κάθε ορόφου έχει σχήμα εξαγώνου, με ευαίσθητους φωτοπολλαπλασιαστές στην κάθε του γωνία. Είναι αυτοί που θα ανιχνεύσουν τη φωτεινή λάμψη όταν το νετρίνο αλληλεπιδράσει με τα άτομα του νερού. Στο κέντρο του εξαγώνου μία σφαίρα από τιτάνιο περικλείει τα πολύπλοκα ηλεκτρονικά του πειράματος, που δέχονται τα σήματα των ανιχνευτών. Στα άκρα τοποθετούνται Ζεύγη Οπτικών Μονάδων. Κάθε Οπτική Μονάδα αποτελείται από μία υάλινη σφαίρα διαμέτρου 45 εκατοστά η οποία περιέχει ένα φωτοπολλαπλασιαστή και τα απαραίτητα ηλεκτρονικά. Με το καλώδιο οπτικών ινών πρωτοποριακής τεχνολογίας (εγκατεστημένο από τον Ο.Τ.Ε) τα σήματα μεταδίδονται στη στεριά!
Ο πύργος κρατείται στο βυθό με τη μονάδα άγκυρας η οποία φέρει και περιβαλλοντολογικά όργανα, ενώ πλωτήρες τον κρατούν κατακόρυφο. Στη Μονάδα άγκυρας με τα Περιβαλλοντολογικά όργανα θα είναι συνδεδεμένο και το ηλεκτρο-οπτικό καλώδιο του LAERTIS.
Δύο συνιστώσες

Το Ινστιτούτο ΝΕΣΤΩΡ έχει δύο κύριες συνιστώσες:
Η μία είναι το τηλεσκόπιο νετρίνων ΝΕΣΤΩΡ (Neutrino Experimental Submarine Telescope with Oceanographic Research).
Η άλλη είναι το πολυεπιστημονικό εργαστήριο βαθιάς θάλασσας LAERTIS (Laboratory in the Abyss of Europe with Real Time data transfer for Interdisciplinary Studies).
Οι κύριοι σκοποί του εργαστηρίου LAERTIS συνοπτικά είναι:
.Η δημιουργία του "λώρου" στο πείραμα NESTOR, το πρώτο Ευρωπαϊκό υποβρύχιο τηλεσκόπιο νετρίνων,
Η ανάπτυξη ενός πρωτότυπου πολυεπιστημονικού βενθικού σταθμού βαθιάς θάλασσας,
Tο ΕΠΕΤ ΙΙ ενίσχυσε την ίδρυση του Ινστιτούτου «Νέστωρ» με κύριες δραστηριότητες το τηλεσκόπιο νετρίνων και το πολυεπιστημονικό εργαστήριο βαθιάς θάλασσας "Λαέρτης". Με μία αδιάλειπτη υποβρύχια γραμμή μεταφοράς δεδομένων (καλώδιο οπτικών ινών) και με τη συνδρομή του καλωδιακού σκάφους του ΟΤΕ "Θαλής", οι πληροφορίες διαβιβάζονται από τα υπερσύγχρονα ποντισμένα ηλεκτρονικά όργανα στους σταθμούς επεξεργασίας, με στόχο να λειτουργήσει το εργαστήριο ως ένας πρότυπος περιβαλλοντικός και σεισμογραφικός σταθμός.
Τα επιτεύγματα
Τα επιστημονικά και τεχνολογικά επιτεύγματα συνεργατών τους, στο πλαίσιο της επιστημονικής ομάδας του Εργαστηρίου Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών και των προγραμμάτων ΝΕΣΤΩΡ και ΛΑΕΡΤΗΣ που συγχρηματοδοτούνται από την ΓΓΕΤ και την Ευρωπαϊκή Ένωση, δημιουργούν τις προϋποθέσεις για μια σημαντική μακροπρόθεσμη επένδυση στον ελληνικό χώρο από την διεθνή επιστημονική κοινότητα. Στο πλαίσιο του "Mega Science" του Οργανισμού Οικονομικής Συνεργασίας και Ανάπτυξης (ΟΟΣΑ), η ελληνική προσπάθεια αναγνωρίστηκε ως ένα από τα συνολικά τέσσερα μεγάλης κλίμακας πειράματα, παγκοσμίως.
Όλα αυτά τα στοιχεία συνηγορούν ότι στη χώρα μας και στο επιστημονικό της δυναμικό παρουσιάζεται μια μοναδική ευκαιρία πρωτοπορίας στην διαρκώς αναπτυσσόμενη επιστημονική περιοχή της Αστρονομίας Νετρίνων και της μελέτης των μεγάλων θαλασσίων βαθών. Σημασία για τον έλληνα πολίτη: Διεθνής αναγνώριση του έργου των ελλήνων επιστημόνων, λειτουργία του Ινστιτούτου ως πόλου έλξης ξένων ερευνητών, συμβολή στην οικονομική ανάπτυξη της περιοχής.