A neutrínók detektálását rendkívül megnehezíti kicsi kölcsönhatási keresztmetszetük. Ha az Univerzumból jövő neutrínókat tekintjük, akkor ehhez még hozzájárul az igen alacsony intenzitás. Ez utóbbiak detektálására felmerült egy olyan gondolat, hogy használjunk víz alatti detektorokat (óceánban, ill. tóban), ahol a céltárgy anyag gyakorlatilag korlátlan mennyiségben és ingyen áll a rendelkezésünkre. Ugyanakkor a detektor fölötti, 1000 méternél vastagabb vízréteg erősen lecsökkenti a hátteret.

A vízben levő nukleonokkal ritkán ugyan, de mégiscsak ütközik a neutrínó és a kölcsönhatásnál töltött részek, legtöbbször müonok keletkeznek. A müonok (és egyéb reakció termékek) igen nagy sebességgel mozognak a vízben és Cserenkov sugárzást keltenek [1]. A továbbiakban ezt a fényt kell detektálnunk fotoelektron-sokszorozók segítségével.

Az első kísérleti berendezést (DUMAND) az amerikaiak kezdték felépíteni a Hawaii-i partoknál, de kiderült, hogy a tengeri áramlatok könnyen elszakítják az elektron-sokszorozókat tartó huzalt. Ezért 10 év után feladták a projekt megvalósítását.

A telepítés gondját megkerüli a Bajkál-kísérlet [2-5] (1. ábra), mivel a telepítést jégről lehet megvalósítani, a Bajkál tó ugyanis az év egy jelentős részében (több hónapon át) be van fagyva és a vastag, kb. 1 méteres jégben vágott léken át stabilan lehet a sokszorozókat leengedni. Eddig 144 sokszorozót sikerült kb. 4 km-re a parttól 1300 méter mélyen elhelyezni. A kollaborációban résztvesznek az oroszokon kívül németek és magyarok.

A neutrínó-detektor (teleszkóp) alakja szabályos hétszög alakú hasáb (heptagon). Egy külön egység szolgál a víz paramétereinek a mérésére. A detektor pontos helyének a meghatározására 6 db ultrahang forrást használunk. Az optikai egységekhez van még egy kalibráló lézer is, amelynek fényét optikai kábelek juttatják el az egyes sokszorozókhoz. A sokszorozók nagyméretű elektrooptikai előerősítőből (mintegy 25000 V-os gyorsítás) és ebben elhelyezett kis felületű szcintillátorból állnak. A sokszorosítók különböző kombinációkban koincidenciába vannak kapcsolva a megfelelő esemény kiválasztása és a háttér csökkentése érdekében.

A Bajkál-kísérlet elsősorban asztrofizikai (Földön kívüli nagyenergiájú neutrínó források keresése), másodsorban neutrínó-fizikai (oszcilláció, monopólusok létezése, WIMP annihilációban keletkező neutrínók észlelése stb.) problémáknak a vizsgálatát tűzte ki célul. Az első teszt-kísérlet mágneses monopólusok létezését kívánta igazolni. Az eddig ismerteknél jobb felső határt tudtunk megadni. A Bajkál-kísérlet az egyetlen működő és már fizikai eredményeket szolgáltató neutrínó-detektor. Sikerült vele néhány tucat "alulról jövő", azaz az egész Földön áthatoló neutrínót detektálni, ami szenzáció számba megy.

Hivatkozások:

[1] Nucl. Instr. and Meth. A248 (1986) 219

[2] Nucl. Phys.B 14 (1990) 51

[3] Nucl. Phys.B 19 (1191) 388

[4] Nucl. Phys B. 28A (1992) 491

[5] Astroparticle Phys. J (1997) 263