Сегодня - 15.07.2020

К тайнам космоса из байкальских глубин

24 мая 2012

БайкалНачалась работа по реконструкции байкальского подводного нейтринного телескопа. Он создан более 10 лет назад сообществом ученых Иркутского государственного университета, Института ядерных исследований РАН, Института ядерной физики МГУ, швейцарского института EAWAG и германской лаборатории DESY  в водной толще Байкала у 106-й километра Кругобайкальской железной дороги.

Телескоп регистрирует пришедшие из далекого космоса  элементарные частицы,  обладающие минимальной массой – нейтрино. Они рождаются при термоядерных реакциях  или иных процессах в звездах, подобных Солнцу,  сверхновых и нейтринных звездах, квазарах, черных дырах, ядрах галактик. Нейтрино практически не контактируют с окружающим веществом – они свободно пролетают сквозь Землю. Многие миллиарды лет «путешествуя» по Вселенной,  они не изменяются,  неся информацию о том, как и где они были рождены. Ученым очень важно узнать о них все, чтобы с помощью  полученных данных понять процессы, происходящие во Вселенной.

«Поймать» нейтрино сложно – частица не регистрируется существующими земными приборами. На земле зафиксировать его можно только сверхчувствительным телескопом. Искусственно создать такое сооружение невозможно, но естественной «ловушкой» для нейтрино может служить вода. Она задерживает практически весь поток частиц, обрушивающихся  на землю из космоса, но пропускает нейтрино. В очень редких случаях нейтрино контактирует с веществом воды, от этого контакта рождается заряженная частица мюон, которая вызывает световую вспышку. Эту вспышку и фиксируют приборы телескопа. Ученые пытаются при помощи телескопа найти ответ и на одну из самых захватывающих загадок Космоса – проблему «темного вещества».
 
Пресная байкальская вода не портит дорогостоящие материалы, высокая прозрачность воды позволяет получать точные данные. В Байкале не водятся светящиеся организмы, которые могут «засветить» нейтрино, как в солёных морских водах. Кроме того, на Байкале реже, чем в море или океане случаются шторма, и относительно слабые течения не сносят оборудование. А зимой озеро покрывается толстым льдом, который очень удобно использовать как платформу для монтажных работ.

Постановка основного узла системы сбора данных и управления телескопомСпособ исследования нейтрино высоких энергий предложили советские ученые. В основе его лежит регистрация результатов взаимодействия этих частиц с веществом. Основная проблема связана с тем, что для регистрации нейтрино от далёких астрофизических объектов нужна мишень массой в миллиарды тонн. Для этого было предложено использовать в качестве мишени прозрачную воду океана или Байкала. В результате взаимодействия нейтрино с водой рождаются электрически заряженные частицы, которые двигаются почти со скоростью света и излучают так называемый черенковский свет. Зарегистрировать это явление можно с помощью специальных приборов.

В байкальские воды,  на глубину около полутора километров, опустили более 200 стеклянных шаров. В шаре смонтировно оборудование на основе ФЭУ для регистрации черенковского света.

Подобные  нейтринные телескопы американскими учёными установлены на Южном полюсе, но, как считают специалисты, шансов получить информацию о самых мощных источниках энергии во Вселенной у них немного.

Хотя  идея создания нейтринных телескопов глубоко под водой или глубоко под землей ( как якутская подземная  обсерватория) принадлежит советским  учёным, но реализовали её первыми американцы. Они пытались установить приборы на дне океана, но это у них не получилось: подводные течения, шторма и прочие катаклизмы мешали этому. Тогда они построили установку  на Южном полюсе в антарктическом льду. Это второй действующий в мире нейтринный телескоп в природной среде.

Удивительная прозрачность байкальской воды помогает с наибольшей точностью фиксировать нейтрино. За последние пять лет учёным удалось «засечь» 462 нейтринных события. Пока регистрируют только те нейтрино, что родились в атмосфере нашей планеты. Вот поэтому и решили усовершенствовать Байкальский нейтринный телескоп. Полностью  запустить  новый проект планируется через шесть лет, и тогда можно будет получать новые сведения о нейтрино, летящих к Байкалу из самых дальних уголков Вселенной, а значит, узнать что-то новое  о тайнах космоса.

Монтаж оптических модулейОдна из самых любопытных проблем современной физики – «тёмная материя». Выдвигаются различные гипотезы о происхождении и состоянии этих форм материи. С помощью нейтринного телескопа учёные пытаются подтвердить свои предположения.

Физики изучают сверхмощные источники энергии во Вселенной, в которых частицы ускоряются и выдают энергию, в миллиарды раз превосходящую ту, что достигнута с помощью самых больших ускорителей на Земле. Если удастся это понять, то новые источники могут быть открыты для энергетики будущего, и не только  для энергетики.

Нейтринный телескоп уже позволил учёным понять многие процессы и явления. Однако его размер его уже не устраивает ученых. Поэтому и было решено создавать новую установку. В 2006 году началось проектирование нового нейтринного телескопа, объём которого должен быть не менее 1 куб. км.

Эта гигантская установка будет включать в себя не менее 2,5 тыс. сверхчувствительных оптических детекторов. Новый телескоп даже технически будет принципиально отличаться от прежнего,  ведь с тех пор появились новые электронные и информационные технологии и они будут широко использованы в проекте.

В прошлом году была проложена кабельная линия, состоящая из медных проводов и оптических волокон. Также установлены три первые экспериментальные гирлянды с оптическими детекторами. Гирляндами установки называются потому, что состоят они  из стеклянных сфер с оптическими приёмниками и электроникой, закреплённых на утяжёленных грузами тросах.

Галина Киселева, Иркутский научный центр СО РАН

Фото: Еженедельник института объединенных ядерных исследований - wwwinfo.jinr.ru
 

Голосов еще нет
Поделись с друзьями: 

Система Orphus