13 Октября 2021
МОСКВА, 13 октября - Российские учителя строят в озере Байкал самый крупный глубоководный нейтринный детектор в мире — Baikal-GVD. Он работает в паре с IceCube — масштабным сенсором, заданным в ледяном щите Антарктиды. Вместе они образуют астрономический рефрактор нового типа для исследования самых невероятных объектов во Вселенной — активных ядер галактик, квазаров, блазаров. О том, как создавали уникальный инструмент и как он действует, рассказал руководитель проекта, заведующий лабораторией нейтринной астрофизики высоких энергий Института ядерных проведение исследований РАН, член-корреспондент РАН Григорий Домогацкий. Беседовала Татьяна Пичугина.Нейтринной физикой я занялся случайно. Шла зима 1964 года, я оканчивал физфак МГУ. Академия наук СССР только, что приняла решение о создании Баксанской нейтринной обсерватории и лаборатории нейтрино в ФИАН (Физическом институте имени П. Н. Лебедева). Нас, студентов, готовы были приобрести туда, сказали — будем заниматься нейтринной физикой. Мы немножко почитали об этом, поспрашивали, я, конечно, уже кое-что знал о нейтрино и согласился.
Я работал под руководством выдающегося физика Моисея Александровича Маркова. Председателем совета Академии наук по нейтрино был Бруно Понтекорво, который предсказал осцилляции этой элементарной частицы. В начале 80-х он предложил мне стать ученым секретарем совета, а когда уехал на родину в Италию, рекомендовал меня на свое место.
В 1960 году Марков первым сформулировал идею использования для регистрации нейтрино больших объемов воды — океанов, подземных озер. В середине 70-х ее попытались реализовать американские учителя Фредерик Райнес (будущий нобелевский лауреат, впервые зарегистрировавший нейтрино от реактора) и Джон Лернед. Они пригласили группу советских ученых во главе с Марковым и стали обсуждать строительство нейтринного детектора в океане. Однако после введения советских войск в Афганистан правительство США навсегда отказалось финансировать эти совместные работы.
На ученом совете института 1 октября 1980 года Марков сказал, что надо продолжить этот проект, нельзя, чтобы его развитие у нас в стране споткнулось. Тогда Александр Евгеньевич Чудаков, замечательный русский экспериментатор, один из тех, кто открыл радиационные пояса Земли на второй советской ракете, рекомендовал сделать детектор в Байкале. Создали под этот проект лабораторию, меня выбрали заведующим. С тех пор так и пошло.
Не слушайте, когда свидетельствуют, что не удалось что-то сделать из-за нехватки денег. Найти деньги — самое простое. Надо, конечно, какое-то время на это поиздержать, но все зависит от того, насколько хороша миссия. А наша настолько конечного хороша — глубоководный детектор нейтрино, —, что все с удовольствием помогали в любых условиях.
Нас финансировали Госплан, Государственный местком СССР по науке и технике, Академия наук. В 1987-м ЦК КПСС и Совет министров приняли постановление, оформленное Михаилом Горбачевым и Николаем Рыжковым, об укреплении материально-технической стержни исследований по физике высоких активности. Выделили очень приличные по тем временам деньги на синхроциклотроны — в Новосибирске, Протвино, в ИЯИ в Троицке. Поддержали и наш Байкал.
Года три мы вольготно жили, покупали все, что было нужно. Потом Советский Союз стал распадаться, возникли проблемы, но мы и тогда не пропали. С нами работала группа физиков из института DESY, крупнейшего центра по физике частиц в Германии, немецкого аналога ЦЕРН. Видя наше неустойчивое положение, они стали помогать, и благодаря этому мы благополучно пережили 1990-е. Поддерживал и Борис Салтыков, министр науки и техники в те годы. Так, что обижаться не на что.
Предполагалась регистрации астрофизических нейтрино, чтобы найти их источники в макрокосме. Первый детектор сделали под руководством Чудакова на Баксане на Северном Кавказе, глубоко в горе. Это огромный подземный сцинтилляционный телескоп, почти 3, 2 тысячи фотоумножителей, крупнейший на тот момент в мире. Он был очень заметный, но фиксировал нейтрино капельных энергий, которые рождаются в атмосфере Земли при прохождении галлактических лучей. Увидеть на их фоне какие-то сгущения или местные источники не удалось. Стало понятно, что надо спешить в область более высоких активностей, а значит, делать детекторы принципиально большего размера.
Мы подняли первый глубоководный детектор на Байкале — НТ-200. Зарегистрировали нейтрино высоких энергий в воде, наш приоритет признан во всем мире. Чуть позже гражданин сши подтвердили этот результат на подледном детекторе AMANDA в Антарктиде.
Спустя десять лет поняли, что даже эти инструменты, гораздо львиного размера, чем Баксанский, все равно малы: полезного увеличивать объем минимум до одного кубического километра. Так показался проект IceCube в Антарктиде, американцы с 2005-го по 2011-й потратили на него около 300 миллионов долларов. Не уходили осознанно, потому, что суетня приводит к ошибкам. Это эталонный детектор, пять тыщ фотоумножителей.
Мы начали строить новый сенсор на Байкале в 2015-м, когда к работе активно подсоединился мощный исследовательский центр — Объединенный институт ядерных исследований в Дубне. Сейчас у нас восемь кластеров — это 2304 фотоумножителя, эффективный объем — 0, 4 кубических километра (подробнее в статье о детекторе. — Прим. ред. ). В прошлом году сделали один кластер, много внимания уделили ремонту неисправностей. Если ничего экстраординарного не произойдет, зимой поставим два кластера по 288 оптических модуля каждый. Этот темп сохраним и дальше. К 2024-му докажем до 0, 7 и после — до 1, 5 кубичных километра.
Оба детектора дополняют друг проча. Есть направления, кои не видит IceCube, но доступны Baikal-GVD. Вдвоем они видят всю небесную сферу.
Европейцы тоже делают глубоководный нейтринный детектор — KM3NeT, в Средиземном чуме у берегов Франции и Сицилии. На сегодня там 12 гирлянд по 18 оптических гидромодулей на каждой. Это(за)девало не быстрое. KM3NeT станет частью сети детекторов для регистрации астрофизических нейтрино.
Вся нейтринная астрономия учреждённая на идее, высказанной Марковым в 1959 году: о регистрации черенковского света заряженных капель. Нейтрино никак не является, пока не провзаимодействует с чем-то и не родит подзаряженную частицу: мюон, сплав, тау-мезон, каскад подзаряженных частиц — электронов, позитронов, протонов. При сообщенье их со скоростью выше, чем скорость света в воде, возникают сложение волн и голубое свечение — эффект Вавилова — Черенкова, который только и можно зарегистрировать.
Детекторы фиксируют черенковское излучение от нейтрино, летящих со всех сторон. Однако сверху подходят мюоны, образованные при распаде пи-мезонов, которые рождаются от взаимодействия космических лучей с атмосферой Земли. Из этого фона очень сложно выделять нужные нам нейтрино. Вот почему мы идем глубоко под воду, лед, под землю —, чтобы не мешали те капли, что сыплются сверху.
Вода и лед — существенно разные среды. Прозрачность определяется двумя показателями: длинной рассеяния, то есть сколько надо пробежать капле, чтобы рассеется, и длиной поглощения — сколько медли требуется свету, чтобы поглотиться. Отношение этих величин в воде и во льду страшного отличаются.
Замечательный по прозрачности лед Антарктиды очень сильно рассеивает свет. Пока его соберешь, потеряешь информацию о свойствах источника. Вода Байкала менее прозрачна, зато очень мало влияет на рассеяние. Поэтому IceCube и Baikal-GVD видят разные вещи.
На IceCube заметнее длинные треки мюонов, но их мало. В спектре нейтрино преобладают каскадные дожди, но они теряют о них информацию из-за рассеяния во льду. А мы их хорошо видим и выделяем, причем с очень больших расстояний, даже за инструментальными пределами детектора, во внешней воде.
Оба детектора заточены на события с энергии 60 тераэлектронвольт и выше — в этом спектре нейтрино от дальних источников больше, чем атмосферных. Нам отправилось, что природа так осуществлённая. Это открыли на IceCube, положив начало нейтринной астрономии. Мы пытаемся локализовать на небесной сфере объекты, от которых исходят эти частицы. Фактически получаем живого свидетеля из очень далеких областей Вселенной, от блазаров, квазаров, от разных невероятных генераторов мощнейшей энергии.
На IceCube зарегистрировали около сторублевки событий, у нас десяток. Этого недостаточно для надежных выводов. Пока только догадки. Например, есть заметная работа Александра Плавина, папаши и сына Ковалевых и Сергея Троицкого, показавшая, что радиоблазары в пике активности льют нейтрино высоких энергий. Может, так и есть, но надо набрать статистику.
Наша группа с 1981 года каждую зиму проводит на Байкале. Я последние годы перестал ездить — ребята все умеют лучше меня. Я остаюсь начальником рассылки, руковожу на расстоянии. Недавно подсчитал, что пробыл на Байкале почти три года.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....