Тема:

Физика элементарных частиц 2 месяца назад

Глубоководный телескоп на Байкале поймал десять кандидатов в космические нейтрино

Директор Объединенного института ядерных исследований академик Григорий Трубников и министр  науки и высшего образования Валерий Фальков подписывают соглашение о взаимопонимании в развития Baikal-GVD

Директор Объединенного института ядерных исследований академик Григорий Трубников и министр науки и высшего образования Валерий Фальков подписывают соглашение о взаимопонимании в развития Baikal-GVD
Фото Баир Шайбонов/Лаборатория Джелепова.

Схема устройства стеклянных детекторов и кластеров Байкальского нейтринного телескопа

Схема устройства стеклянных детекторов и кластеров Байкальского нейтринного телескопа
Григорий Софронов/Baikal-GVD

Директор Объединенного института ядерных исследований академик Григорий Трубников и министр  науки и высшего образования Валерий Фальков подписывают соглашение о взаимопонимании в развития Baikal-GVD
Схема устройства стеклянных детекторов и кластеров Байкальского нейтринного телескопа

Коллаборация российских и зарубежных научных центров представила на международной конференции в Германии первые данные Байкальского нейтринного телескопа. Его первая часть была запущена в марте 2021 года при участии министра науки и высшего образования РФ Валерия Фалькова.

Байкальским нейтринным телескопом ученые называют огромный нейтринный детектор на дне озера Байкал. Он расположен на расстоянии 3,6 км от берега, где глубина озера достигает 1 366 м. Детектор нужен для регистрации и изучения космических нейтрино, путь которых проходит сквозь нашу планету.

Таинственные элементарные частицы нейтрино летят сквозь Вселенную с момента рождения самой Вселенной. Поскольку частицы не имеют электрического заряда, на них не действует ни электрическое, ни магнитное поле. Оттого-то частицы свободно проходят сквозь пространство, никуда не отклоняясь со своего пути. Проходят они и сквозь человеческое тело, не нанося ему никакого ущерба. Каждого из нас каждую секунду пересекают триллионы нейтрино, рожденных на Солнце, а мы этого совершенно не чувствуем и почувствовать не можем – на то оно и нейтрино, чтобы быть нейтральным.

А раз нейтрино никуда не отклоняется от кем-то заданного ему пути, значит можно определить, откуда эта частица летит и найти того, кто послал нейтрино в дорогу.

Долетающие до Земли космические нейтрино рождаются при взрывах сверхновых звезд, в черных дырах, в ядрах галактик и звездных систем. Поэтому нейтрино может многое рассказать о звездах и Вселенной.

Нейтринный телескоп BAIKAL-GVD уникален тем, что может регистрировать потоки нейтрино сверхвысоких энергий – около 100 ТэВ. Такие нейтрино помогут разобраться в процессах рождения самой Вселенной.

Место для установки нейтринного телескопа в глубине Байкала выбрано не случайно. Пресная вода самого глубокого и самого чистого в мире озера предотвращает возможные повреждения оборудования. В водах Байкала нет фоновых помех и биолюминесценции, которые могли бы мешать правильной работе детектора.

Принцип "ловли" нейтрино в Байкале основан на гипотезе, что несмотря на очень высокую энергию космических нейтрино, некоторые из частиц сможет остановить огромная толща воды. Когда нейтрино будет "тормозиться" о воду, родится элементарная частица под названием мюон. Мюоны вызывают свечение воды, которые физики именуют черенковским излучением – это явление обнаружили советские физики П. А. Черенков и С. И. Вавилов.

Такое свечение возникает, когда заряженная частица (в нашем случае – мюон) движется в воде со скоростью большей, чем скорость света в воде. Фактически мюон обгоняет в воде свет.

Задача детектора – зарегистрировать черенковское излучение и выделить космические нейтрино из массы остальных "пойманных" детектором частиц.

Сейчас Байкальский нейтринный телескоп составлен из восьми кластеров. Они находятся на расстоянии 300 метров друг от друга.

Каждый кластер набран из восьми вертикальных гирлянд, закрепленных одним концом на дне Байкала. Гирлянды растут из дна, как цветы. На стебельке каждой гирлянды размещены 36 стеклянных шаров – оптических модулей детектора.

Объем воды, который охватит своими кластерами Байкальский нейтринный телескоп, равен одному кубическому километру. Сегодня объем телескопа – около полкубокилометра. Телескоп будет расти.

Однако данные с детекторов телескопа начали снимать еще в 2016 году, когда ко дну Байкала прикрепили первые 192 стеклянных шарика-детектора.

И вот уже сегодня на Байкальском глубоководном телескопе "пойманы" 44 кандидата в атмосферные нейтрино, согласно данным, собранным за 323 дня работы одного кластера.

Научная коллаборация Baikal-GVD опубликовала в электронном архиве результаты анализа первых данных с детекторов Байкальского нейтринного телескопа. Они разработали специальный быстрый алгоритм для их оценки.

"Наблюдения за атмосферными мюонами находятся в хорошем согласии с ожиданиями, за исключением некоторой разницы в частоте неверно реконструированных событий, – пишут авторы исследования в своей статье. – Алгоритм хорошо подходит для приложений быстрого онлайн-анализа данных и в настоящее время используется для физического анализа данных Baikal-GVD".

Из "пойманных" Байкальским телескопом частиц исследователи также выделили первые 10 событий, которые можно считать кандидатами в космические нейтрино, сообщает пресс-релиз ИЯИ РАН. Поток космических нейтрино впервые зарегистрировал нейтринный телескоп IceCube на Южном полюсе, уточняется в пресс-релизе ИЯИ РАН.

Байкальский нейтринный телескоп стал героем мировых новостей о поисках нейтрино. Недавно большой репортаж ему посвятила The New York Times.

Большой интерес международного научного сообщества вызвал пленарный доклад Жана-Арыса Джилкибаева (ИЯИ РАН) на открывшейся три дня назад Международной конференции по изучению космических лучей (ICRC-21). Доклад о достижениях Байкальского нейтринного телескопа был сделан от имени коллаборации российских и зарубежных институтов, работающих на Байкальском глубоководном нейтринном телескопе (Baikal-GVD). Головные институты коллаборации Baikal-GVD – Институт ядерных исследований РАН (Москва) и Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ).

Всего в проекте Baikal-GVD принимают участие более 70 ученых и инженеров из десяти научных центров России, Германии, Польши, Чехии и Словакии.

С вводом в действие Байкальского нейтринного телескопа открылась эпоха поиска событий от нейтрино высоких энергий на всей небесной сфере. Антарктический IceCube регистрирует космические нейтрино из одной половины небесной сферы, а Baikal-GVD дополняет общую картину наблюдениями другой половины.

Ранее мы сообщали, что таблицу Менделеева хотят расширить до 173 элементов и что гравитационные волны рассказали о кварковой материи в недрах нейтронных звёзд. А еще мы рассказывали, что найдена уникальная частица с невероятным количеством "ароматов".

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".