Как «ловят» нейтрино в России и при чём тут Байкал
Нейтрино — удивительные частицы, движущиеся почти со скоростью света и обладающие крайне малой массой. Их изучение представляет собой сложную задачу для ученых, поскольку нейтрино практически не взаимодействуют с веществом. Эти частицы проходят через гигантские расстояния и даже через целые планеты, не отклоняясь от своего пути. Они несут информацию о процессах, происходящих в самых удалённых уголках Вселенной, что делает их важным объектом постоянного наблюдения и тщательного изучения со стороны ведущих научных лабораторий по всему миру.
Основными источниками нейтрино являются космические лучи и наше Солнце. Когда космические частицы, такие как протоны, бомбардируют верхние слои атмосферы Земли, они вызывают цепочки ядерных реакций, одним из продуктов которых становятся нейтрино. Изучение солнечных нейтрино позволяет ученым проникнуть вглубь процессов, происходящих внутри звёзд, включая наше Солнце. Кроме того, нейтрино могут возникать при таких катастрофических событиях, как взрывы сверхновых, порождая частицы с невероятно высокой энергией.
Для регистрации нейтрино строятся специализированные установки, каждая из которых имеет свою уникальную конструкцию, метод детектирования и расчётную энергию частиц. Одним из самых значительных таких проектов является нейтринный телескоп Baikal-GVD, расположенный на озере Байкал.
Baikal-GVD: «Рыбалка» за нейтрино на Байкале
13 марта 2021 года на Байкале состоялся запуск крупнейшего в Северном полушарии нейтринного телескопа Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector). Этот проект — один из самых амбициозных в мире, сопоставимый лишь с нейтринным телескопом IceCube в Антарктиде.
Министр науки и высшего образования России Валерий Фальков выразил уверенность, что этот проект поможет раскрыть многие тайны Вселенной и поспособствует развитию региона, подчеркнув роль науки как двигателя прогресса. В проект уже вложено около 2,5 млрд рублей, и к 2030 году Baikal-GVD может стать крупнейшим нейтринным телескопом на планете.
Телескоп состоит из кластеров, каждый из которых включает восемь вертикальных гирлянд с фотодетекторами, подвешенными на тросах. Первый кластер был введен в эксплуатацию еще в 2016 году, и с тех пор проект постоянно расширяется. В 2024 году установка уже включает 64 гирлянды и более 2300 фотодетекторов, что позволяет исследователям наблюдать за вспышками и идентифицировать нейтрино в объёме 0,4 кубического километра. В перспективе планируется довести объем до одного кубического километра.
Российский физик Григорий Домогацкий, который более 40 лет возглавлял создание этого подводного телескопа, отметил важность продолжения исследований и обмена данными с другими международными проектами, несмотря на бюджетные ограничения.
Почему Байкал?
Озеро Байкал предоставляет уникальные условия для наблюдения за нейтрино благодаря своей прозрачной воде и большой глубине. Вода озера позволяет регистрировать черенковское излучение, возникающее при прохождении нейтрино. Черенковское излучение — это форма энергии, которую можно наблюдать в виде голубого свечения, вызываемого заряженными частицами, из которых состоят атомы (т.е. электроны и протоны), движущиеся в определенной среде со скоростью, превышающей скорость света. Толстый лед, покрывающий озеро зимой, упрощает установку оборудования, а постоянная температура на глубине (+4°C) обеспечивает стабильную работу телескопа.
Первый в истории подводный нейтринный телескоп НТ-200 был создан именно на Байкале и стал предшественником нынешнего проекта Baikal-GVD. Этот инструмент зарегистрировал первые космические нейтрино еще в 1994 году, что стало значительным достижением в нейтринной астрономии.
Глобальное сотрудничество в изучении нейтрино
Проект Baikal-GVD — не единственная попытка «поймать» нейтрино. Важным партнером в этой области является телескоп IceCube в Антарктиде, который в 2017 году идентифицировал нейтрино, вероятно, произошедшее от сверхмассивной чёрной дыры. Baikal-GVD и IceCube, вместе с сетью KM3NeT в Средиземном море, образуют глобальную нейтринную сеть, которая позволяет ученым из разных уголков планеты обмениваться данными и точнее определять источники нейтрино.
Нейтрино остаются загадочными частицами, но с каждым новым открытием мы приближаемся к разгадке тайн Вселенной. Проекты вроде Baikal-GVD играют ключевую роль в этом захватывающем процессе, объединяя усилия ученых со всего мира в поиске ответов на самые фундаментальные вопросы космоса.
Источник: Нейтринная обсерватория на дне Байкала.