Фото: ОИЯИ. Официально введен в эксплуатацию российский нейтринный телескоп Baikal-GVD — массив оптических детекторов нейтрино, который размещен в толще воды в южной части озера Байкал. Строительство телескопа идет с 2015 года, сбор данных о нейтрино с его помощью физики начали в в 2016 году. О церемонии запуска с участием главы Минобрнауки Валерия Фалькова и руководителей организаций-участниц проекта. Установку Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector) с 2015 года строят физики из Института ядерных исследований РАН совместно с коллегами из дубненского Объединенного института ядерных исследований и учеными из Германии, Польши, Словакии и Чехии. Каждый год в конце зимы ученые опускают в озеро один-два кластера, состоящие из восьми «гирлянд», на каждой из которых установлены 36 оптических модуля с фотоумножителями для фиксации вспышек черенковского излучения, возникающих в толще воды под действием нейтрино высоких энергий. К настоящему времени установлено семь кластеров, в этом году планируется запустить восьмой. После установки восьмого кластера эффективный объем детектора — объем, в котором он способен «видеть» вспышки и идентифицировать частицы — должен достичь 0,4 кубического километра.

В перспективе планируется довести эффективный объем телескопа до кубического километра. Нейтрино очень слабо взаимодействует с веществом, чтобы зафиксировать такое единичное взаимодействие требуются огромные детекторы с сотнями и тысячами тонн жидкого сцинтиллятора и сотнями фотодетекторов, отслеживающих слабые вспышки при таких взаимодействиях. Но даже такие нейтринные инструменты «ловят» по нескольку десятков нейтринных событий в год.

Особый интерес для физиков представляют астрофизические нейтрино, то есть нейтрино сверхвысоких энергий, которые могут рождаться в активных ядрах галактик. Поскольку нейтрино не реагируют на магнитные поля как заряженные частицы, не поглощаются межзвездной пылью, как фотоны, они несут информацию «с места событий». В частности, именно нейтрино первыми рассказали ученым о вспышке сверхновой 1987А в Магеллановом облаке — до того, как астрономы увидели оптическую вспышку.

Однако нейтрино непрерывно рождаются на Солнце, в недрах Земли, в атмосфере, в ядерных реакторах, и чтобы вычленить из этого фона относительно редкие астрофизические нейтрино, нужны действительно огромные детекторы, в которых в качестве «рабочего тела» используют огромные объемы воды или льда. Самая большая и самая знаменитая установка этого класса — нейтринный телескоп IceCube, массив оптических детекторов вмороженных в толщу антарктического льда, который начали строить в 2005 году, а в 2010 году довели его объем до кубического километра.

Объем IceCube — 1 кубический километр, и к настоящему времени установка зарегистрировала около 100 нейтрино сверхвысоких энергий, в том числе несколько с энергией более петаэлектронвольта. Baikal-GVD начали строить относительно недавно, поэтому его результаты пока скромнее. Научный руководитель проекта, физик из ИЯИ РАН Григорий Домогацкий сообщил N+1, что к настоящему времени ученые «увидели» с помощью байкальской установки 12 кандидатов с энергиями до сотни тераэлектронвольт, из которых примерно половина после проверки и подтверждения может оказаться «настоящими» астрофизическими нейтрино.

Со стороны РФ в состав соисполнителей входят Институт ядерных исследований РАН, Санкт-Петербургский морской государственный технический университет, Иркутский государственный университет, Нижегородский государственный технический университет, с европейской — Институт экспериментальной и прикладной физики Технического университета (Чехия), Университет имени Яна Амоса Коменского (Словакия), Польская академия наук, немецкая компания EvoLogiсs GmbH.

«Байкальский нейтринный телескоп относится к установкам класса мегасайенс. Такие проекты расширяют международное сотрудничество, привлекают молодых учёных и подтверждают статус России как ведущей научной державы, что соответствует целям и приоритетам нацпроекта «Наука», — сообщает пресс-служба Минобрнауки.

В разговоре помощник директора Объединённого института ядерных исследований (Москва) Ирек Сулейманов заявил, что интерес зарубежных учёных обусловлен высоким потенциалом российской фундаментальной науки и чрезвычайно подходящей для исследований местностью.

«Сотрудничество с зарубежными партнёрами внесло немалый вклад в успешную реализацию проекта, но прежде всего это новая вершина, покорённая Россией. Именно РФ решает амбициозные научные задачи, и это высоко оценивают многие учёные из других стран, для которых политические вопросы отходят на второй план», — сказал Сулейманов.

«Узнать, что происходило миллиарды лет назад»

Российские и зарубежные специалисты рассчитывают, что эксплуатация Baikal-GVD позволит вывести на новый уровень изучение эволюции галактик и Вселенной. Чтобы ответить на ключевые вопросы астрономии и астрофизики, учёные намереваются исследовать потоки нейтрино сверхвысоких энергий.

Нейтрино — это фундаментальная частица, которая движется практически со скоростью света и очень слабо взаимодействует с окружающей средой. Именно благодаря этим свойствам, как полагают физики, она способна хранить информацию о рождающихся или умирающих галактиках, а также о «различных экзотических звёздных объектах».

Как говорится в материалах Минобрнауки РФ, изучение потоков нейтрино сверхвысоких энергий «позволит прочесть историю Вселенной и узнать, что в ней происходило миллионы и даже миллиарды лет назад».

«Уникальная прозрачность байкальской воды позволяет определять направление нейтрино с наилучшей точностью. Глубина важна для защиты установки от света, оставляемого атмосферными мюонами (частицами, которые регистрируются в космических лучах. — RT). Толщина льда, которым озеро покрыто в течение февраля и марта, позволяет осуществлять сборку элементов глубоководного телескопа в зимний период со льда, что упрощает монтаж новых детекторов», — пояснили в научном ведомстве.

Информация, которая будет получена с помощью телескопа, позволит сформировать экспериментальную базу исследований проблем астрономии и астрофизики элементарных частиц. Специалисты уже располагают первыми данными, полученными на стадии монтажа Baikal-GVD.

«Беспрецедентные возможности»

Строительство Baikal-GVD велось на 106-м км Кругобайкальской железной дороги. Комплекс состоит из сети глубоководных станций, стальных тросов, прикреплённых ко дну озера якорями, и системы поплавков (кухтылей).

«К тросу подвешены 36 оптических модулей на расстоянии 15 м друг от друга. Также есть четыре электронных модуля, обеспечивающих электропитание, сбор данных, калибровку, синхронизацию и управление телескопом, и три-четыре гидроакустических модуля (модема) для точного позиционирования оптических модулей в водной среде», — сообщается в материалах Минобрнауки.

При этом глубоководные станции объединены в кластеры, каждый из которых соединён оптоэлектрическим кабелем с береговым центром, где круглосуточно дежурят операторы и электрики, контролирующие работу телескопа.

Ключевым элементом электронной начинки Baikal-GVD являются детекторы. Именно эти изделия улавливают потоки нейтрино высоких энергий и выделяют необходимые учёным частицы «из многократно превышающего уровня шумовых и фоновых сигналов».

По чувствительности детектор сравним с аналогичным устройством, установленным на нейтринном телескопе IceCube на Южном полюсе. Помимо технических характеристик, широкие возможности комплекса обеспечиваются благоприятной рабочей средой — байкальским льдом.

Угловое разрешение Baikal-GVD в несколько раз выше, чем у IceCube, что, как говорят учёные, открывает «беспрецедентные возможности для исследований в области нейтринной астрофизики и астрономии высоких энергий».

Запуск телескопа в перспективе позволит сформировать «мировую нейтринную сеть». Совместная работа нейтринных телескопов и других подробных установок в разных регионах Земли позволит вести поиск источников нейтринного излучения по всей небесной сфере.

Как утверждают разработчики Baikal-GVD, сооружение и эксплуатация телескопа не наносит вреда уникальной экосистеме Байкала. Например, детекторы изготавливаются из устойчивых к коррозии материалов — стекла и нержавеющей стали, что обеспечивает долговечность и безопасность конструкции для окружающей среды.

Как сообщила в комментарии RT пресс-секретарь Института ядерных исследований РАН Полина Юдина, общая длина конструкций телескопа сравнима с высотой Останкинской телебашни (540 м). Она подчеркнула, что Baikal-GVD способен решать современные научные задачи на мировом уровне.

«Байкальский нейтринный телескоп — это повод для гордости. Далеко не каждое государство в принципе может позволить себе построить подобный комплекс. Это довольно дорого, технически сложно, требуется использование высоких технологий. В ближайшей перспективе Baikal-GVD станет самым крупным нейтринным телескопом в мире», — отметила Юдина.

Она подчеркнула, что монтаж конструкций и оборудования Baikal-GVD проводился со строжайшим соблюдением экологических стандартов региона — все работы тщательно контролировались местными природоохранными органами. Полина Юдина добавила, что Байкал является наиболее оптимальным местом для работы нового нейтринного телескопа.

«Легендарная прозрачность байкальской воды очень важна для наилучшей точности определения направления прилёта нейтрино. Baikal-GVD является очень чутким прибором контроля характеристик воды, а прозрачность воды напрямую влияет на работу телескопа», — сказала она.

В беседе с RT заместитель заведующего Баксанской нейтринной лабораторией Альберт Гонгапшев отметил, что эксплуатация Baikal-GVD имеет огромное значение для развития отечественной и мировой фундаментальной науки, так как позволит получить большой массив новых данных об эволюции Вселенной.

«Установка элементов телескопа заняла несколько лет и была весьма трудоёмкой. Но эти усилия с точки зрения фундаментальной науки полностью оправданны. Таких мощных установок, как Baikal-GVD, в мире очень мало. Например, российский телескоп имеет аналогичный с IceCube объём просматриваемого вещества», — отметил Гонгапшев.

По мнению эксперта, сейчас Baikal-GVD вышел на проектную мощность, позволяющую эффективно регистрировать «частицы сверхвысоких энергий». В перспективе благодаря установленному на Байкале оборудованию российские и европейские учёные получат «снимок Вселенной в той области, куда будет смотреть телескоп», говорит Гонгапшев.

«Нейтрино — это инструмент, с помощью которого мы смотрим на историю Вселенной. Кроме нейтрино, ни одна частица сквозь Землю из космоса пролететь не способна. Другое дело, что нейтрино сложно зарегистрировать, однако установка на Байкале хорошо справится с этой задачей», — заключил заведующий лабораторией.

Источники: https://nplus1.ru/, https://russian.rt.com/

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!