Новый глубины океана нейтринный телескоп превзойдет по чувствительности текущий пионер в области наблюдений за нейтрино – обсерваторию IceCube, размещающуюся в Антарктике на станции Амундсен-Скотт в десять тысяч раз.
Космические лучи — потоки заряженных частиц, часть которых обладает очень высокими скоростями и энергиями. Они исходят из космоса и постоянно бомбардируют атмосферу Земли со всех сторон. Спустя более чем 100 лет после их открытия австрийским физиком… Виктором ГессомЗа это учёные получили Нобелевскую премию в 1936 году, но до сих пор не могут окончательно объяснить природу этих частиц. Неизвестно, как и где наиболее высокоэнергетические из них получают столь огромные энергии.
Физики убеждены, что космические лучи обладают высокой энергией. нейтриноНейтроны — мельчайшие элементарные частицы, которые не меняют направления своего движения, не распадаются и не поглощаются межзвездной средой. Могут проходить сквозь земную атмосферу и Землю, не реагируют на магнитное поле.
Космические лучи в основном состоят из протоновСтолкновения протонов с ядрами атомов, происходящие при взаимодействии лучей с активными ядрами галактик, окрестностями черных дыр и пульсарами, порождают… мезоныРаспад мезонов порождает высокоэнергетические космические нейтрино. Еще один тип нейтрино может образовываться при столкновениях космических лучей. в атмосферуНа Земле столкновения протонов с атомами воздуха порождают заряженные пионы, которые в процессе распада выделяют высокоэнергетичные мюонные нейтрино.
У нейтрино отсутствует заряд, но имеется малая масса, не превосходящая 0,8 электронвольта. Для сравнения, масса электрона— 511 тысяч электронвольт. Для нейтронного как будто нет преград: легко проникает сквозь предметы, людей и планету. Нейтрино практически не взаимодействуют с веществом, поэтому такие частицы довольно сложно поймать. Вот почему их называют «призрачными».
Несколько десятков лет назад учёные выяснили, что нейтрино, проходя через Землю, могут слабо взаимодействовать с молекулами воды и на больших глубинах образовывать побочные продукты — потоки мюонов, которые излучают. черенковское излучениеГолубое свечение наблюдается под особым углом. Физики, исследуя эти вспышки, определяют направление движения мюона и его энергию, а следовательно, и происхождение нейтрино.
Чтобы обнаружить нейтрино, учёные строят телескопы под водой или под землёй с огромными резервуарами воды. Большая масса воды расширяет пространство для прохождения нейтрино. Вода должна быть чистой, чтобы исключить примеси, влияющие на движение нейтрино и его регистрацию. Обычно такие системы — детекторы, состоящие из пространственных сеток фотоумножителей, регистрирующие черенковский свет.
Нейтрино могут появляться рядом массивных черных дыр, во время взрывов сверхновых, в активных ядрах галактик, а также внутри Солнца, Земли, атмосферы и даже в ядерных реакторах. Ученые часто изучают космические нейтрино, то есть нейтрино сверхвысоких энергий, так как они несут информацию о далеких астрономических объектах.
Для выделения из потоков мелких элементарных частиц космических нейтрино требуются массивные детекторы, где «рабочим материалом» служат большие объемы воды или льда. Сегодня самым большим нейтринным телескопом является — IceCubeСистема, состоящая из множества оптических детекторов, размещенных внутри антарктического льда, запущена в 2010 году. Рабочий объем — один кубический километр. За это время… IceCubeОбнаружил нейтрино сверхвысоких энергий (вероятно, возникшие за пределами Солнечной системы) и позволил создать первую. нейтринную карту Млечного Пути.
В России, на Байкале, расположена ещё одно масштабное сооружение. Baikal-GVD. Она начала работать в 2021 году и, в отличие от IceCubeНаходится вглубь, но пропускная способность несколько ниже.
Недавно появилась информация о том, что Китай планирует возвести новый глубоководный нейтринный телескоп. рассказалиУчёные из Шанхайского университета Цзяо Тун занимаются разработкой телескопа. опубликована в журнале Nature Astronomy.
Для установки, которую назвали TridentМесто для телескопа уже выбрали — Южно-Китайское море неподалёку от экватора (в 540 километрах к югу от Гонконга). Телескоп разместят на дне моря на глубине 3,5 километра.
Наша система, располагаясь вблизи экватора, во время вращения Земли сможет захватывать нейтрино со всех направлений. Такой подход даст возможность наблюдений без «слепых зон». пояснил руководитель проекта Цзин Ипэн.
В составе китайской установки предусмотрено более 24 тысяч оптических датчиков. IceCubeРасположены около пяти тысяч датчиков, размещённых в 1211 вертикальных «струнах», каждая длиной 700 метров. Датчики будут регистрировать черенковский свет, испускаемый мюонами, возникающими при столкновении нейтрино и атомов водорода или кислорода в молекулах воды.
Trident В виде мозаики Пенроуза разместят конструкцию телескопа. Рабочий объем конструкции составит около семи с половиной кубокилометров, и
будет сканировать морскую воду для поиска следов взаимодействий нейтрино сверхвысоких энергий. Trident будет в 10 тысяч раз чувствительнее системы IceCubeУстановка будет функционировать 20 лет, ее планируют завершить к 2030 году. Работы по сооружению глубоководного нейтринного телескопа уже ведутся.
По мнению авторов проекта, TridentМожет помочь разрешить вековую загадку происхождения космических лучей, проверить пространственно-временные симметрии, найти квантовую гравитацию и косвенно обнаружить темную материю.