Τα τελευταία 15 περίπου χρόνια, με την λειτουργία ενός υπερσύγχρονου και πρωτοποριακού ερευνητικού πιλοτικού έργου με την ονομασία «NESTOR» (Neutrino Extended Submarine Telescope with Oceanographic Research), η Ελλάδα θέτει σημαντική υποψηφιότητα για την διεκδίκηση ενός μελλοντικού βραβείου Νόμπελ. Από το 2003 το πιλοτικό πρόγραμμα «NESTOR» λειτουργεί ως μέρος του Ινστιτούτου Αστροσωματιδιακής Φυσικής του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών, με διευθυντή του τον καθηγητή του Πανεπιστημίου Αθηνών Λεωνίδα Ρεσβάνη.

Η λειτουργία του Ινστιτούτου καταδεικνύει τη θέληση της χώρας μας να αποτελέσει, στα αμέσως επόμενα χρόνια, το επίκεντρο της παγκόσμιας επιστημονικής πρωτοπορίας στην εφαρμογή της Αστρονομίας νετρίνων, διεκδικώντας την πόντιση του υποβρύχιου Τηλεσκοπίου Νετρίνων διαστάσεων Κυβικού Χιλιομέτρου (KM3NeT) 48 km ανοιχτά της Πύλου.

Έξω από την Σφακτηρία υπάρχει μια μεγάλη υποθαλάσσια πεδιάδα σε βάθος 3.000 m, στη συνέχεια μια δεύτερη στα 4.500 m και λίγο πιο μακριά βρίσκεται το φρέαρ των Οινουσών με βάθος 5.200 m, που είναι το βαθύτερο σημείο της Μεσογείου.

Σ’ αυτές τις περιοχές γίνεται προσπάθεια να αποκαλυφθούν φαινόμενα από το παρελθόν, αλλά και θαύματα για το μέλλον του Σύμπαντος, από το Ινστιτούτο «NESTOR», με την πόντιση εκεί του πιο «παράξενου τηλεσκοπίου».

Πρόκειται για το περίφημο «τηλεσκόπιο» νετρίνων, το οποίο στην τελική του μορφή θα αποτελείται από 50 περίπου δωδεκαόροφους «πύργους» με συνολικό ύψος μεγαλύτερο από τον πύργο του Άιφελ και σε απόσταση 150 m μεταξύ τους.

Το δάπεδο κάθε ορόφου θα έχει σχήμα εξαγώνου με ευαίσθητους φωτοπολλαπλασιαστές στην κάθε του γωνία, που θα ανιχνεύσουν τη φωτεινή λάμψη (ακτινοβολία Τσερένκωβ) που θα εκπέμπεται όταν κάποιο νετρίνο αλληλεπιδράσει με τα άτομα του νερού της θάλασσας.

Στο κέντρο του εξαγώνου μία σφαίρα από τιτάνιο θα περικλείει τα πολύπλοκα ηλεκτρονικά του πειράματος που θα δέχονται τα σήματα των ανιχνευτών και με ένα καλώδιο οπτικών ινών πρωτοποριακής τεχνολογίας θα μεταδίδονται στη στεριά. Ήδη, η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει κατ’ αρχήν εγκρίνει την πόντιση στη Μεσόγειο ενός τέτοιου μελλοντικού υποθαλάσσιου τηλεσκοπίου νετρίνων, διαστάσεων ενός κυβικού χιλιομέτρου με την ονομασία KM3NeT.

Ωστόσο, εκτός από την Ελλάδα, υπάρχουν δύο ακόμα διεκδικητές: η Ιταλία στην περιοχή του Κάπο Πασέρο, νότια από την Κατάνια της Σικελίας (με το πιλοτικό πρόγραμμα ΝΕΜΟ), και η Γαλλία στη θαλάσσια περιοχή ανοιχτά της Tουλόν (με το πιλοτικό πρόγραμμα ΑΝΤΑRES). Η τελική επιλογή της περιοχής που θα κατασκευαστεί το KM3NeT θα γίνει από το αρμόδιο συμβούλιο υπουργών Ανταγωνιστικότητας της Ε.Ε..

Η εξελικτική πορεία της αναζήτησης των νετρίνων ξεκίνησε (όπως συμβαίνει συνήθως στην επιστημονική έρευνα), με την θεωρητική πρόβλεψη της ύπαρξής τους το 1930 από τον Αυστριακό φυσικό Wolfgang Pauli (1900-1958), αφού σε όλες τις παρατηρήσεις που είχαν γίνει σε ισότοπα που απέβαλαν ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια καταμετρήθηκε μια ποσότητα «χαμένης ενέργειας».

Σύμφωνα όμως με τον νόμο της διατήρησης της ενέργειας, κάτι τέτοιο είναι απαράδεκτο. Γι' αυτό ο Pauli πρότεινε ότι η «χαμένη» αυτή ενέργεια μεταφερόταν από κάποιο "αόρατο" μέχρι τότε σωματίδιο που δεν διέθετε καμιά παρατηρήσιμη ιδιότητα, αφού ένα τέτοιο σωματίδιο αντιδρά με την ύλη τόσο αδύναμα, ώστε αν μια ροή αυτών των σωματιδίων περνούσε μέσα από έναν ωκεανό νερού πάχους 160 ετών φωτός θα σταματούσαν τα μισά μόνον απ' αυτά.

Χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, και χωρίς οποιαδήποτε υπολογίσιμη μάζα το θεωρητικό σωματίδιο του Pauli ήταν «ένα τίποτα που όμως ήταν κάτι». Ένα κάτι που έτρεχε με την ταχύτητα του φωτός και μετέφερε την ως τότε «χαμένη ενέργεια» των πυρηνικών αντιδράσεων.

Όταν το 1932 ανακαλύφτηκε το νετρόνιο που δεν είχε ηλεκτρικό φορτίο, ο Ιταλός φυσικός Enrico Fermi ( 1901-1954 ) πρότεινε το ουδέτερο σωματίδιο του Pauli να ονομαστεί neutrino (νετρίνο) που στα Ιταλικά σημαίνει "μικρό νετρόνιο".

Μ' αυτόν τον τρόπο το σωματίδιο-φάντασμα απέκτησε ένα όνομα, αλλά χρειάστηκε να περάσουν πάνω από δύο δεκαετίες για να αποκτήσει και παρατηρήσιμη υπόσταση. Η παρατήρηση έγινε τελικά το 1956 από τους Αμερικανούς φυσικούς Clyde L. Cowan Jr. και Frederick Reines, οι οποίοι τοποθέτησαν τις πειραματικές τους συσκευές δίπλα σ' έναν πυρηνικό αντιδραστήρα που εξέπεμπε μια πυκνότατη ροή αντινετρίνων. Το πείραμα πέτυχε και η ύπαρξη του "αόρατου" σωματιδίου είχε πλέον αποδειχτεί.

Την ίδια περίοδο ο καθηγητής Raymond Davis Jr. είχε τοποθετήσει μια δική του συσκευή συλλογής νετρίνων σε ένα εγκαταλελειμμένο ορυχείο χρυσού στη Νότια Ντακότα, 1.500 m κάτω από το έδαφος. Η τεράστια αυτή δεξαμενή ήταν γεμάτη με 100.000 γαλόνια ενός υγρού καθαρισμoύ των ρούχων και περιλαμβάνει το χημικό στοιχείο χλώριο.

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του Davis το χλώριο κι ένα από τα νετρίνα που προέρχονται από τον Ήλιο θα μπορούσαν να σχηματίσουν ένα ραδιενεργό άτομο του χημικού στοιχείου αργόν μια φορά στο τόσο, αφού τα νετρίνα δεν αλληλεπιδρούν εύκολα με την υπόλοιπη ύλη. Μ’ αυτή λοιπόν τη συσκευή ο Davis κατόρθωσε στα επόμενα 15 χρόνια να συγκεντρώσει συνολικά 2.000 άτομα αργού. Η εργασία αυτή οδήγησε τον Davis στο Βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 2002.

Τα πειράματα του Davis στη δεκαετία του 1960 επιβεβαίωσαν ότι ο Ήλιος παράγει νετρίνα, με την διαφορά ότι η καταμετρηθείσα ποσότητα ήταν το ένα τρίτο της ποσότητας που προέβλεπε η θεωρία.

Το αίνιγμα αυτό των ηλιακών νετρίνων έδωσε την ευκαιρία σε άλλους επιστήμονες να μελετήσουν το πρόβλημα σε διάφορα πειράματα, μεταξύ των οποίων και του επίσης βραβευθέντα με το Νόμπελ Φυσικής 2002 Ιάπωνα καθηγητή Μasatoshi Κoshiba, αρχικά στα πειράματα που έκανε σε τεράστιες δεξαμενές με την ονομασία «Καμιοκάντε» και αργότερα στα πειράματα του «Σούπερ Καμιοκάντε».

Οι δεξαμενές αυτές είναι εκτεταμένες πειραματικές συσκευές περιστοιχισμένες από φωτοευαίσθητους ανιχνευτές που μεταξύ των άλλων έχουν ως σκοπό τον εντοπισμό των μικροσκοπικών αυτών σωματιδίων της ύλης. Η τοποθέτησή τους σε υπόγεια σπήλαια έγινε για να προστατεύονται από τον συνεχή καταιγισμό των κοσμικών ακτίνων.

Όταν ένα από τα επερχόμενα νετρίνα συγκρουστεί μ’ ένα από τα ηλεκτρόνια των ατόμων που αποτελούν τα μόρια του νερού, το επιταχύνει και το αναγκάζει να εκπέμψει μία γαλαζωπή ανταύγεια που ονομάζεται ακτινοβολία Τσερένκοβ.

Συγχρόνως όταν ένα αντινετρίνο ηλεκτονίου αντιδράσει μ’ ένα πρωτόνιο του νερού σχηματίζει ένα νετρόνιο και ένα ενεργοποιημένο ποζιτρόνιο που εκπέμπει το ίδιο είδος ακτινοβολίας. Μ’ αυτόν τον τρόπο οι φωτοπολλαπλασιαστές των δεξαμενών συλλαμβάνουν την ακτινοβολία αυτή και με χιλιάδες καλωδιώσεις μεταφέρουν την παρατήρηση στους κεντρικούς ηλεκτρονικούς υπολογιστές, όπου καταγράφεται σε ειδικές μαγνητοταινίες.

Έκτοτε η μελέτη των νετρίνων μάς αποκάλυψε ότι υπάρχουν τρία είδη νετρίνων (σε ζεύγη ύλης και αντιύλης). Το πρώτο από τα τρία ζεύγη νετρίνων είναι συνδεδεμένο με τα ηλεκτρόνια, το δεύτερο με τα μιόνια, και το τρίτο με τα σωματίδια ταυ.

Τα τελευταία 15 περίπου χρόνια πέντε τουλάχιστον διαφορετικά πειράματα στην Ιαπωνία, την Αμερική, τον Καναδά, την Ρωσία και την Ιταλία ανακάλυψαν ότι τα νετρίνα έχουν την δυνατότητα να αλλάζουν «μορφή» μεταξύ των τριών ειδών τους και σ’ αυτό το γεγονός οφειλόταν και η παρατηρηθείσα αρχικά «έλλειψη» των ηλιακών νετρίνων.

Το 2001, μάλιστα, πειράματα που έγιναν στο Sudbury Neutrino Observatory απέδειξαν ότι τα ηλιακά νετρίνα στον δρόμο τους προς τις πειραματικές συσκευές της Γης «μεταμορφώνονται» σε είδη νετρίνων που οι συσκευές μας δεν μπορούν να εντοπίσουν, κι έτσι το «πρόβλημα των ηλιακών νετρίνων» έχει σήμερα πλέον λυθεί, όπως ακριβώς προέβλεπε και η θεωρία των Ρώσων επιστημόνων Bruno Pontecorvo και Vladimir Gribov που είχαν διατυπώσει από το 1969.

Τα νετρίνα δεν παρεμποδίζονται σχεδόν από τίποτα. Διασχίζουν άστρα, πλανήτες και διαστρικά νεφελώματα, χωρίς να συγκρουστούν με τίποτα. Έτσι τα πολυπληθή νετρίνα που έφτασαν μέχρι τον πλανήτη μας από την σουπερνόβα έκρηξη του SN1987-Α, τον Φεβρουάριο του 1987 στον γειτονικό μας γαλαξία Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου, διέσχισαν όλο το πάχος της Γης μας συνεχίζοντας ακάθεκτα το δρόμο τους στο Διάστημα. Από τα νετρίνα αυτά, στην δεξαμενή του Οχάιο κατεγράφησαν 8, ενώ άλλα 11 κατέγραψε η δεξαμενή της Ιαπωνίας.

Στη συσκευή της Ιαπωνίας η εμφάνιση των 11 νετρίνων και αντινετρίνων καταγράφηκε σε μία περίοδο 13 sec, ενώ στη συσκευή του Οχάιο τα 8 νετρίνο κατεγράφησαν σε διάστημα 6 sec.

Έτσι όταν οι μαγνητοταινίες αυτές εξετάστηκαν αργότερα, οι 19 συγκρούσεις των νετρίνων εντόπισαν επακριβώς την στιγμή της έκρηξης και επιβεβαίωσαν τα θεωρητικά μας μοντέλα που προέβλεπαν ότι η κατάρρευση των σουπερνόβα δημιουργεί άστρα νετρονίων, καθώς επίσης και την ακριβή θερμοκρασία που επικρατεί στο κέντρο της έκρηξης.

Η προσπάθεια του «τηλεσκοπίου νετρίνων ΝESTOR» είναι μέρος της συνεχιζόμενης αναζήτησής μας να κατανοήσουμε το Σύμπαν. Οι έρευνες που θα πραγματοποιηθούν με τη βοήθεια του μελλοντικού KM3NeT, όπου και αν αυτό κατασκευαστεί, και οι ανακαλύψεις που αναμένονται δεν θα είναι παρά απλές ενδείξεις όλων όσων μπορούμε να μάθουμε για ‘μας και το Σύμπαν.

Γιατί, όπως τόσο χαρακτηριστικά λέει και ο κ. Ρεσβάνης, «προσπαθούμε να ανοίξουμε ένα καινούργιο παράθυρο, και να κοιτάξουμε σε μια γειτονιά του Σύμπαντος που ποτέ κανείς έως τώρα δεν είχε τη δυνατότητα να κοιτάξει». Τα «μάτια του ΚΜ3ΝεΤ» θα είναι τα μάτια ολάκερης της ανθρωπότητας: αιώνες ονείρων, δεκαετίες σχεδιασμών και μια υπερσύγχρονη τεχνολογική προσπάθεια θα επιτρέψουν, ελπίζουμε, σ’ όλα αυτά τα όνειρα να γίνουν πραγματικότητα.

π