Что увидит новый телескоп Baikal-GVD: нейтрино сверхвысоких энергий и эволюция галактик

Построенный на озере Байкал крупнейший в Северном полушарии глубоководный нейтринный телескоп Baikal-GVD ввели в эксплуатацию. Телескоп предназначен для регистрации и исследования потоков нейтрино сверхвысоких энергий, прилетающих из космоса. Рассказываем, как он будет работать.

Что это за телескоп?

Байкальский нейтринный телескоп (Baikal Gigaton Volume Detector, Baikal-GVD) — нейтринная обсерватория, находящаяся на дне озера Байкал. В данный момент продолжается строительство кубокилометровой версии.

По окончании постройки к 2020 году объем детектора будет сравним с крупнейшим на сегодняшний момент детектором нейтрино IceCube. Телескоп наряду с IceCube, ANTARES и KM3NeT входит в Глобальную нейтринную сеть (GNN) как важнейший элемент сети в Северном полушарии Земли.

Обсерваторию эксплуатирует коллаборация «Байкал», которая включает:

  • Институт ядерных исследований РАН,
  • Объединенный институт ядерных исследований,
  • Иркутский государственный университет,
  • Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова,
  • Нижегородский государственный технический университет,
  • Санкт-Петербургский государственный морской технический университет,
  • Компани Evologic (Германия),
  • Институт ядерной физики Академии наук Чехии,
  • Институт экспериментальной и прикладной физики Пражского университета,
  • Братиславский университет. 
  • Как будет работать телескоп?

Нейтринный телескоп BAIKAL-GVD предназначен для регистрации и исследования потоков нейтрино сверхвысоких энергий от астрофизических источников. С его помощью ученые планируют исследовать процессы с огромным выделением энергии, которые происходили во Вселенной в далеком прошлом.

Одной из загадок современной астрофизики является механизм рождения во Вселенной астрофизических нейтрино, в миллиарды раз энергичнее солнечных нейтрино, и Байкальский нейтринный телескоп благодаря своим уникальным характеристикам сможет пролить свет на эту тайну.

  • Процесс разработки телескопа?

Первая версия глубоководного нейтринного телескопа на Байкале была развернута в 1998 году. С его помощью проводились измерения частиц нейтрино, рождавшихся в атмосфере Земли.

Результаты исследований привели к созданию на Южном полюсе нейтринного телескопа IceCube. Именно на нем впервые были зафиксированы нейтрино высокие энергии, что подтвердило правильность и перспективность создания сети подобных по размеру телескопов.

Что такое нейтрино?

Нейтрино — прекрасный «рассказчик» об астрофизических катаклизмах. Оно летит сквозь Вселенную, практически никем и ничем не поглощаясь.

Поскольку эта частица нейтральная, магнитными и электрическими полями она не отклоняется, а это значит, что ее источник лежит именно в том направлении, откуда зарегистрировали появление нейтрино.

Источниками долетевших до Земли космических нейтрино служат взрывы сверхновых звезд, черные дыры, активные ядра галактик или двойные звездные системы. Именно поэтому нейтрино — прекрасный инструмент для изучения происходящих в космосе процессов.

Зачем нужен нейтринный телескоп?

Открытие астрофизических нейтрино высоких энергий в 2013 году ознаменовало рождение новой области знаний — нейтринной астрофизики высоких энергий.

Это произошло, когда размещенный на Южном полюсе в толще антарктического льда детектор IceCube впервые зарегистрировал нейтрино с энергией выше 1000 ТэВ. На сегодняшний день экспериментом IceCube в Южном полушарии зарегистрировано более 100 астрофизических нейтрино высоких энергий.

Чтобы детектировать нейтрино со всей небесной сферы, требуется создание нейтринного телескопа гигатонного масштаба в Северном полушарии. Поэтому, начиная с 2015 года, на озере Байкал ведется активное строительство нейтринного телескопа второго поколения Baikal-GVD.

Процесс работы Baikal-GVD

Байкальский нейтринный телескоп — это нейтринный детектор, расположенный в озере Байкал на расстоянии 3,6 км от берега, где глубина озера достигает 1 366 м. Место для установки было выбрано не случайно.

  • Во-первых, в этом районе проходит железная дорога и протянуты линии электропередач. В 55 км от детектора находится крупный промышленный и научный центр — город Иркутск.
  • Во-вторых, вода озера пресная, что предотвращает возможные повреждения оборудования.
  • В-третьих, на протяжении двух месяцев в году озеро покрывается прочным ледяным покровом, позволяющим без опасений вести монтажные работы.
  • Также Байкале отсутствуют фоновое свечение от К40 и биолюминесценция, которая носит вспышечный характер.

При прохождении нейтрино сквозь толщу Байкальской воды есть вероятность, что некоторые из неуловимых частиц все-таки будут остановлены водой. В случае такого взаимодействия образуется либо мюон, либо ливневый каскад из частиц высоких энергий.

И мюон, и ливневый каскад вызывают свечение воды, называемое в физике черенковским излучением — явление, обнаруженное советскими физиками П. А. Черенковым и С. И. Вавиловым.

Такое свечение возникает тогда, когда заряженная частица (например, мюон) движется в воде со скоростью больше, чем скорость света в воде (скорость света в воде уменьшается обратно пропорционально коэффициенту преломления).

Фактически происходит явление, при котором мюон обгоняет свет. Задача детектора — зарегистрировать черенковское излучение и отделить события с астрофизическими нейтрино от остальных возможных событий.

Сколько стоил телескоп?

На проект по строительству было потрачено около 2,5 млрд рублей, он занимает площадь около 0,5 км² и предназначен для поиска источников нейтрино сверхвысоких энергий, в том числе в недрах рождающихся или умирающих галактик.

Исследование этих частиц поможет ученым понять, каким образом возникла и эволюционировала Вселенная в процессе истории.

Подземные детекторы нейтрино

Помимо нескольких подводных нейтринных детекторов, существуют также подземные детекторы, работающие по тому же принципу. Их отличие в том, что для детектирования используется искусственный резервуар со специальной водой.

Также благодаря своему расположению данные телескопы используют земные породы в качестве фильтра частиц, избавляющих детекторы от регистрации стороннего (фонового) излучения, вроде космического.

  • Super-Kamiokande

Наибольшим подземным нейтринным детектором является Super-Kamiokande, который располагается несколько севернее Токио, в цинковой шахте на глубине 1 км.

Детектор представляет собой резервуар диаметром 40 м и высотой 42 м, который состоит из нержавеющей стали. Он заполнен 50 000 т очищенной воды. На стенах резервуара находятся 11 146 фотоумножителей, высокая чувствительность которых позволяет зарегистрировать даже один квант света. Постройка Super-Kamiokande была завершена в 1983 году.

  • SNO

Еще один детектор, в разы меньший Super-Kamiokande, расположен около канадского города Садбери в шахте на глубине двух километров — Sudbury Neutrino Observatory.

SNO — акриловая сфера диаметром 12 метров и толщиной стенок – 5,5 см, которая заполнена тяжелой водой D2O и покрыта 9 600 фотоумножителями.

Особенности нейтринного телескопа Baikal-GVD

Байкальский нейтринный телескоп установлен на расстоянии 3,5 км от берега на глубине от 750 до 1 300 м в южной котловине Байкала. Это озеро для размещения телескопа выбрано в связи с тем, что в нем есть участки глубиной до 1 км недалеко от берега и подходящие для установки научного оборудования. Вода Байкала имеет необходимую для экспериментов прозрачность.

Кроме того, озеро около двух месяцев в году покрыто льдом, что значительно облегчает установку и обслуживание телескопа по сравнению с другими проектами, когда телескопы разворачивают с морских судов.

Читать далее

Уран получил статус самой странной планеты в Солнечной системе. Почему?

Люди могут выдерживать очень низкие температуры даже без источников тепла

Физики создали аналог черной дыры и подтвердили теорию Хокинга. К чему это приведет?

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Ученые преодолели одно из ключевых препятствий для термоядерной энергетики
Наука
Телескоп «Джеймс Уэбб» показал детали космической Конской Головы
Космос
Ученые выяснили, как парниковые газы влияют на распространение болезней
COVID-19
Найдены доказательства необычной силы магнитного поля Земли в прошлом
Наука
Посмотрите, как быстро робот-гуманоид управляется с домашними задачами
Новости
Ядро атома впервые возбудили лазером: это открывает сверхточные измерения времени
Наука
Чек-лист: как обеспечить информационную безопасность маркетплейса
Мнения
Экспериментальный лазер передал данные с зонда «Психея» на расстоянии 226 млн километров
Космос
Посмотрите на самое близкое фото обломка ракеты в космосе
Космос
Ученые нашли следы древних ритуалов майя на благословение
Наука
В Китае появились батареи со сверхбыстрой зарядкой для электрокаров: запас хода составляет 1000 км
Новости
Найдены скрытые «дорожки для мертвых»: их обнаружили с помощью лидара
Наука
Беспилотные грузовики Evocargo начинают работу во «Внуково» в рамках эксперимента
Новости
«Человеческие нейронные сети потребляют около 20 Вт, а искусственные — сотни ватт»
Технологии
Ученые считают, что недалеко от Земли есть «живая» планета
Новости
Китай готов к автономным летающим такси: когда будут первые полеты
Новости
Посмотрите на сотни черных «пауков», которые заполонили Марс весной
Космос
Где похоронен Платон: ученые наконец-то нашли ответ
Наука
Почему мужчины умирают в России на 10 лет раньше женщин: в Минздраве назвали причину
Новости
Крошечный и тонкий экран отслеживает активность мозга во время операции
Новости