Космическая рыбалка: как поймать нейтрино в байкальской воде
В чистых водах озера Байкал недавно был официально запущен телескоп, охотящийся за вездесущими, но почти неуловимыми нейтрино. Они могут рассказать о самых сокровенных уголках космоса, откуда ничто другое не вырывается неизменным
13 марта 2021 года состоялась официальная церемония запуска нейтринного телескопа Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector). Это крупнейшая подобная установка в Северном полушарии и одна из самых больших в мире (конкуренцию ей может составить только инструмент IceCube, сооруженный в Антарктиде).
Никаких преград
За секунду, которую вы потратили на чтение слова «нейтрино», каждый квадратный сантиметр вашего тела пронзили десятки миллиардов этих частиц, рожденных в центре Солнца. К ним добавились нейтрино, образовавшиеся в верхних слоях атмосферы, в недрах планеты, в ядерных реакторах, а возможно, даже в окрестностях черных дыр. Не забудем еще о реликтовых нейтрино, странствующих в космосе со времен Большого взрыва. И даже это не полный перечень.
Вы не заметили нейтрино, и они вас тоже. Эти легчайшие частицы, не имеющие электрического заряда, без всяких видимых последствий пронзают не только человеческие тела, но и целые планеты и звезды.
Именно поэтому они так интересуют ученых. Нейтрино, проницающие громадные толщи вещества словно пустое пространство — зачастую единственный сигнал из недоступных «запретных зон», откуда ничто другое не вырывается неизменным (читай невредимым). Например, зародившемуся в центре Солнца фотону требуются десятки или сотни тысячелетий, чтобы добраться до поверхности звезды. За это время он бесчисленное количество раз поглощается и переизлучается, и, в итоге, кардинально меняет свои свойства. А вот нейтрино проделывают этот путь практически мгновенно и как бы ничего не заметив.
Агенты, способные пронести информацию невредимой сквозь любые преграды и расстояния, интересуют всех. Специалисты по ядерной безопасности собираются измерять поток нейтрино от атомных реакторов, чтобы контролировать, не производится ли там, к примеру, оружейный плутоний (такие технологии мониторинга сейчас разрабатываются в МИФИ). Геофизики с помощью нейтрино изучают радиоактивный распад, разогревающий мантию нашей планеты. Астрономы буквально по косточкам разбирают процессы, происходящие в бурлящем термоядерном котле Солнца. А исследователям дальнего космоса интереснее всего загадочные нейтрино высоких энергий, приходящие с просторов Вселенной.
Детектор невидимок
Как поймать частицу, остановить которую не может вся толща земного шара? Ответ прост и универсален: терпение и труд. Крайне редко какая-нибудь из этих невидимок все-таки врезается в атомное ядро и вызывает реакцию, которую можно зарегистрировать. Если построить достаточно большой детектор, такие события можно фиксировать и изучать.
Когда нейтрино попадает в атомное ядро, последнее может превратиться в ядро другого химического элемента. Первые нейтринные телескопы использовали именно эти трансмутации, которым могли бы позавидовать алхимики минувших веков. Сегодня в мире остался только один крупный инструмент этого типа: галлий-германиевый нейтринный телескоп в Баксанской нейтринной обсерватории (Кабардино-Балкария).