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.
Строящийся Байкальский нейтринный телескоп является уникальной научной установкой и, наряду с телескопами IceCube, ANTARES и KM3NeT, входит в Глобальную нейтринную сеть (GNN) как важнейший элемент сети в Северном полушарии Земли.
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.
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.
Байкальский нейтринный телескоп – это нейтринный детектор, расположенный в озере Байкал на расстоянии 3,6 км от берега, где глубина озера достигает 1366 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. И, наконец, в Байкале отсутствуют фоновое свечение от К40 и биолюминесценция, которая носит вспышечный характер.
Они могли бы помешать правильной работе детектора.
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.
Самая крупная структурная единица GVD – это кластер. На 2020 год детектор имеет семь кластеров, находящихся друг от друга на расстоянии 300 м. Каждый кластер состоит из 8 вертикально подвешенных гирлянд, на которых висят стеклянные оптические модули – по 36 на каждой гирлянде. По проекту объем готовой установки на озере Байкал должен составить порядка одного кубического километра.
Байкальский нейтринный телескоп строится сегодня силами международной коллаборации с ведущей ролью Института ядерных исследований РАН (г. Москва) — основоположника этого эксперимента и направления “нейтринной астрономии” в мире, и Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна). Всего в проекте принимают участие более 70 ученых и инженеров из десяти научных центров России, Германии, Польши, Чехии и Словакии.
Фотографии Баира Шайбонова
