Nevtrinski poskus SNO+ se skriva globoko v rudniku Creighton v kanadskem Snolabu. Srce objekta, ki leži 2 kilometra pod zemljo, je 12-metrska akrilna krogla, obdana s skoraj 10 tisoč občutljivimi fotodetektorji, ki zaznavajo bliske 780 ton tekočega scintilatorja v krogli, ko skoznjo prehajajo visokoenergijski delci. Voda, ki obdaja sistem, in kamnina nad njim ščitita detektor pred kozmičnim sevanjem, zato je mogoče zaznati tudi redkejše interakcije delcev.
Poskus zahteva absolutno temo, tudi onkraj spektra vidne svetlobe. Ko nekdo zdrsne po glavnem jašku navzdol in gre skozi skalni rov proti laboratoriju, se na njegovo telo in oblačila useda majhna količina radioaktivnega radonovega prahu, zato se mora, preden vstopi v glavni laboratorijski prostor, stuširati in preobleči, da čim bolj zmanjša vnesena onesnaževala.
Takšni skrajni ukrepi so potrebni za lovljenje delcev duhov, ki lahko pomagajo razkriti skrivnosti nedostopnih območij globoko v Zemlji.
Radioaktivni planet
Nevtrini so najpogostejši delci z maso, vendar je njihova masa zelo majhna: le milijoninka mase elektrona. Zaradi majhne mase in nevtralnega elektromagnetnega naboja ti delci skoraj nikoli ne vstopajo v interakcije z drugo snovjo. Vsako sekundo skozi naše telo prehajajo bilijoni, a raziskovalci so z detektorji SNO+ in podobnimi, ki razkrivajo obstoj teh delcev, v zadnjih letih zaznali le nekaj sto tisoč dragocenih bliskov. Večina je bila nevtrinov s Sonca.
Še težje je zaznati geonevtrine, ki so jih v več desetletjih zaznali le nekaj sto. Geonevtrini nastajajo pri procesih, ki segrevajo notranjost planeta. Ta toplota ima pomembno vlogo pri vzdrževanju toka kamnin v plašču, ki oblikuje marsikaj, od tektonike plošč do Zemljinega magnetnega polja. Izvira iz dveh glavnih virov: iz toplote, ki je ostala od nastanka planeta, in iz toplote, ki nastaja pri razpadu urana, torija in kalija v kamninah plašča in skorje. Brez tega drugega vira bi se Zemlja že zdavnaj ohladila in bi bila tektonsko mrtev planet.
S štetjem geonevtrinov lahko fiziki dobijo neposredne informacije o Zemljinih življenjsko pomembnih elementih, ki proizvajajo toploto. »To je edina stvar, ki jo počnemo z osredotočenostjo na Zemljo. Vse druge naše dejavnosti so bolj osredotočene na to, kar k nam prihaja iz drugih predelov vesolja,« je dejal Ryan Bayes, delčni astrofizik z univerze Queen's University, ki dela na projektu SNO+.
Prvo zaznavo geonevtrinov je mogoče povezati z japonskim detektorjem Kamland, o njej so poročali leta 2005. Leta 2009 je italijanski detektor Borexino zaznal več deset dodatnih geonevtrinov. Raziskovalci SNO+ so novembra 2025 objavili prve uspešne zaznave in s tem število opaženih geonevtrinov povečali za približno 50.
Zaznave SNO+ so posebne zaradi lokacije poskusa: to so prvi geonevtrini, zaznani na zahodni polobli, zato ponujajo nov pogled na radioaktivno notranjost Zemlje.
Pri razlagi rezultatov poskusov so še vedno precejšnje negotovosti, vendar po najboljših ocenah raziskovalcev vsak detektor meri drugačen fluks. »To je lahko prvi znak, da plašč ni enakomeren,« je dejal Mark Chen, delčni astrofizik z univerze Queen's University in direktor kolaboracije SNO+. Geokemiki so tradicionalno domnevali, da so radioaktivni elementi v plašču razporejeni enakomerno, saj se v tekoči kamnini vse premeša. Meritve geonevtrinov na različnih lokacijah pa kažejo, da temu ni tako.
Območja, ki naj bi proizvajala največ geonevtrinov, ležijo nad približno celinsko velikimi, izjemno vročimi in gostimi madeži, imenovanimi veliki predeli z nizko strižno hitrostjo (LLSVP), ki so jih seizmologi kartirali na obeh straneh jedra. Eden leži pod Afriko, drugi pod Tihim oceanom.
»V plašču morda obstajajo globoke strukture, ki jih še ne poznamo, in morda te koncentrirajo določene elemente«
– pravi Chen.
Nevtrini bi nekoč lahko ponudili nov vpogled v še vedno skrivnostni izvor teh globokih struktur in širše v vzorce, ki se izrisujejo v plašču in določajo številne vidike Zemljinega sistema. »To je lahko resnično pomembna metoda za izdelavo notranjega, kemijskega zemljevida Zemlje,« je dejal William McDonough, geokemik s Kitajske akademije znanosti, ki že dolgo igra vodilno vlogo pri raziskovanju geonevtrinov.
Zaznavanje geonevtrinov
Odprto vprašanje je, ali meritve geonevtrinov res razkrivajo razlike med območji plašča pod poskusi ali pa neravnovesje izvira iz tega, da različni poskusi geonevtrine štejejo na različne načine. Raziskovalci soglasno poudarjajo, da je negotovost še vedno tako velika, da tega ni mogoče reči.
»Če upoštevamo videz, bi lahko rekli, da je morda na zahodni polobli veliko več radioaktivnega materiala kot na vzhodni,« je dejal McDonough. A te ocene je treba iz številnih razlogov jemati previdno. »Imajo prav Italijani? Ali Japonci? Ali vsi? Ali pa morda nekaj ne drži?« nadaljuje strokovnjak. Negotovosti glede rezultatov posameznih detektorjev izvirajo iz postopka filtriranja, ki ga fiziki izvajajo za prepoznavanje geonevtrinov, je pojasnil Bayes. Delci se namreč ob zaznavi, žal, ne predstavijo, pravi strokovnjak.
Raziskovalci morajo odfiltrirati signale delcev s preveliko energijo, delcev z napačno vrednostjo spina in delcev, za katere domnevajo, da izvirajo iz jedrskih elektrarn. Odfiltrirati morajo tudi geonevtrine, ki prihajajo iz Zemljine skorje, večina katerih izvira iz nekaj sto kilometrov široke okolice detektorja. Ko jih odštejejo od skupnega števila, bi morali ostati le signali geonevtrinov iz plašča.
Na splošno lahko rečemo, da se zdi fluks geonevtrinov iz plašča pri Borexinu zelo visok, pri Kamlandu pa zelo nizek, čeprav so negotovosti velike. Podrobna geološka razlaga rezultatov SNO+ je še v teku, pravi Chen, a doslej strokovnjaki pod Kanado vidijo »dokaj povprečen« plašč.
Posebno izziv za raziskovalce SNO+ je razumevanje nevtrinov, ki prihajajo iz okolice detektorja, vključno z bazenom, nastalim ob orjaškem trku pred 1,8 milijarde let. »V tem geološkem območju je veliko neznank,« je dejala Virginia Strati, raziskovalka z univerze v Ferrari v Italiji, ki je pomagala razviti lokalni model radioaktivnosti za Snolab.
Negotovost izvira tudi iz tega, da ne poznamo natančne skupne količine radioaktivnih snovi, ki segrevajo plašč. Glede na fluks geonevtrinov ti elementi lahko predstavljajo le majhen odstotek proizvodnje toplote, lahko pa tudi polovico – ta razlika ustreza moči več deset tisoč jedrskih elektrarn.
Oba vira negotovosti dodatno otežujeta ugotavljanje razlik v kemijski sestavi med posameznimi deli plašča. Razlika v fluksu geonevtrinov, ki jo pričakujemo zaradi različnih porazdelitev radioaktivnih elementov, je zelo majhna in se skriva v teh negotovostih, pravi Strati.
V gibanju
Zaznava, ki jo je opravil SNO+, prihaja v razburljivem trenutku za raziskovanje geonevtrinov: JUNO, še en velikanski nevtrinski poskus, ki trenutno zbira podatke na Kitajskem, naj bi svoj prvi fluks geonevtrinov posredoval še letos, s čimer bo raziskavam ponudil četrto perspektivo in bistveno bogatejšo sliko.
Poskus z več kot 20 tisoč tonami scintilatorja, nameščen pod goro zunaj mesta Guangzhou, je tako velik, da naj bi že v prvem letu zaznal več geonevtrinov, kot so jih Kamland, Borexino in SNO+ skupaj v zadnjih desetletjih.
Natančnejše ocene fluksa geonevtrinov, izmerjenega pri posameznih poskusih, lahko izvirajo iz podrobnejših geoloških podatkov in dodatnega štetja geonevtrinov na posameznih lokacijah. Po McDonoughovem mnenju pa bi bila najboljša rešitev namestitev nevtrinskega detektorja na dno oceana. Tak objekt bi bil daleč od celinskih kamnin, bogatih z radioaktivnimi elementi, oceanska skorja pa je poleg tega tanjša in bolj enakomerna. Negotovosti glede skorje bi se tako bistveno zmanjšale.
Zamisel o detektorju na oceanskem dnu, katere stroške ocenjujejo na več sto milijonov dolarjev, je med državnimi financerji doslej komaj naletela na odmev. McDonough zdaj upa, da mu bo načrt uspelo uresničiti na Kitajskem, saj je država že odobrila druge velike projekte v vedah o Zemlji.
