Как выглядят современные нейтринные детекторы

Наука и жизньНаука

Нейтрино ловят на глубине

Кандидат физико-математических наук Алексей Понятов

Спуск гирлянды под воду со льда на Байкале во время зимней экспедиции 2021 года. Фото Баира Шайбонова/Baikal-GVD

13 марта 2021 года на Байкале официально был введён в строй крупнейший в Северном полушарии глубоководный нейтринный телескоп Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector — детектор объёмом в миллиард тонн). Фактически он уже работал с 2016 года, хотя и не в полном объёме. Его главная цель — исследование потоков нейтрино сверхвысоких энергий от космических источников, так называемых астрофизических нейтрино (о них можно прочитать в статье «Космические нейтрино высоких энергий рождаются квазарами», «Наука и жизнь», № 4, 2021 г.). Такие нейтрино помогут астрофизикам разобраться в протекании самых мощных космических процессов, понять ранние стадии эволюции Вселенной, тёмной материи и тёмной энергии. Вместе с телескопами IceCube (Антарктида), ANTARES и KM3NeT (Средиземное море) Baikal-GVD входит в глобальную нейтринную сеть (The Global Neutrino Network, GNN), которая может регистрировать нейтрино, приходящие изо всех точек небесной сферы.

Нейтринные телескопы фиксируют нейтрино, прошедшие сквозь Землю, что позволяет отсеять другие частицы, которые не способны преодолеть этот естественный барьер. Поэтому крупнейший на сегодняшний день американский нейтринный телескоп IceCube, расположенный вблизи Южного полюса, «ловит» главным образом нейтрино, приходящие из северного полушария неба. Байкальский телескоп, в свою очередь, будет «видеть» южную небесную полусферу. Для своей работы антарктический телескоп использует около одного кубического километра льда (отсюда и его название, в переводе означающее «ледяной куб»). Российский телескоп пока использует для работы в два раза меньший объём воды, однако ожидается, что уже в ближайшие годы он сравняется с американским, а затем и превзойдёт его.

Нейтрино очень слабо взаимодействуют с веществом, для них прозрачна не только Земля, но и Солнце. С одной стороны, это делает их важнейшим источником информации о процессах, происходящих внутри звёзд или в глубинах космоса, а с другой стороны, приводит к большим сложностям при их наблюдении. Для регистрации этой неуловимой частицы необходимы детекторы с огромным количеством рабочего вещества, чтобы повысить вероятность того, что нейтрино всё же столкнётся с атомом. Так что современные наземные нейтринные детекторы, по сути, представляют собой огромные резервуары, спрятанные глубоко под землёй и заполненные сотнями и тысячами тонн жидкости — сцинтиллятора. Так называют вещества, испускающие свет при поглощении ионизирующего излучения или частиц. Японский детектор Super-Kamiokande содержит 50 тысяч тонн очищенной воды, а итальянская установка Borexino — 278 тонн псевдокумола (1,2,4-триметилбензола).

Схема установки Baikal-GVD по состоянию на 2020 год, когда было размещено семь кластеров, номера которых показаны в цветных кружках. Рисунок: ИЯИ/Baikal-GVD

При прохождении нейтрино сквозь большой объём жидкости некоторые из них всё же иногда будут остановлены её атомами. В результате взаимодействия образуется либо мюон, либо ливень из частиц высоких энергий, называемый каскадом, поскольку в нём последовательно одни частицы порождают другие. И мюон, и частицы ливневого каскада вызывают свечение воды, получившее название черенковского излучения в честь советского физика П. А. Черенкова, который обнаружил его вместе с С. И. Вавиловым в 1934 году. Оно возникает тогда, когда заряженная частица движется в среде со скоростью большей, чем скорость света в ней (напомним, что скорость света в веществе меньше, чем в вакууме, и определяется коэффициентом преломления). За вспышками, отмечающими появление нейтрино, следят фотодетекторы.

Регистрация частиц каскада позволяет определить энергию первичного нейтрино, но направление его прихода определяется с большой погрешностью. В случае мюона ситуация обратная. Он пролетает детектор насквозь, и фиксация его трека даёт возможность достаточно точно определить направление, с которого пришло первичное нейтрино, а вот его энергия определяется с большой погрешностью.

Использовать в качестве детектора нейтрино глубокие естественные водоёмы — озёра, моря и океаны — предложил ещё в 1960 году на Рочестерской конференции в США академик Моисей Александрович Марков (1908—1994), в будущем сотрудник Института ядерных исследований АН СССР (ныне ИЯИ РАН). В этом случае детекторы, не ограниченные размером резервуара, могут иметь просто гигантский размер. Ведь тот же кубический километр воды, который запланирован для байкальской установки, имеет массу один миллиард тонн, о чём и говорит её название. К тому же толстый слой воды над детектором одновременно служит дополнительным фильтром, защищающим его от лишних частиц и излучений.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Познание тьмы Познание тьмы

Как люди убедились, что черные дыры реальны

Вокруг света
Космический Черниговский Космический Черниговский

Академик Владимир Черниговский — визионер и провидец

Собака.ru
Цепная реакция, или ветви одного открытия Цепная реакция, или ветви одного открытия

Судьба научной школы Николая Николаевича Семёнова

Наука и жизнь
Минус 20 и больше: Степаненко, Лолита и другие звезды раскрыли секреты похудения Минус 20 и больше: Степаненко, Лолита и другие звезды раскрыли секреты похудения

Известные артистки, которые смогли взять себя в руки и прийти в роскошную форму

Cosmopolitan
Васаби, японский хрен или китайская зелёная горчица Васаби, японский хрен или китайская зелёная горчица

Приправа, о которой многие слышали, но мало кто знает, что это такое

Наука и жизнь
Т — значит тестостерон: 5 способов поднять уровень «мужского» гормона Т — значит тестостерон: 5 способов поднять уровень «мужского» гормона

Как увеличить уровень тестостерона (спойлер: он влияет не только на рост волос)

Playboy
Нейтрино. Познание Вселенной продолжается Нейтрино. Познание Вселенной продолжается

О современном состоянии нейтринных, а также протонных исследований

Наука и жизнь
Акулы сориентировались по магнитной карте Акулы сориентировались по магнитной карте

Акулы смогли найти дорогу домой по магнитному полю Земли

N+1
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Первая одежда ребенка: правила выбора Первая одежда ребенка: правила выбора

Какой же минимум вещей понадобится малышу в первые месяцы?

9 месяцев
Playmate 2020 Playmate 2020

Полуфинал конкурса на самую горячую девушку по версии Playboy

Playboy
Почему мы считаем некоторых людей привлекательными: 4 неожиданные причины, доказанные научно Почему мы считаем некоторых людей привлекательными: 4 неожиданные причины, доказанные научно

Привлекательность — это не только симпатичная внешность

Playboy
Белые на белом Белые на белом

Белые медведи. Становится ли их меньше или больше?

Вокруг света
«Ужасный способ погибнуть»: ученые рассказали о рисках полета людей на Марс «Ужасный способ погибнуть»: ученые рассказали о рисках полета людей на Марс

Отправка людей на Марс может стать самой рискованной миссией в истории

Forbes
Слушать кино: плей-лист режиссера «Конференции» Ивана И. Твердовского Слушать кино: плей-лист режиссера «Конференции» Ивана И. Твердовского

Подборка любимых треков от режиссера Ивана И. Твердовского

Esquire
10 сцен из советского кино, которые поймут только взрослые 10 сцен из советского кино, которые поймут только взрослые

Эти сцены из кино, которые поймут только люди, жившие в СССР

Psychologies
5 лучших военных сериалов последних лет (среди них есть даже нестыдный российский) 5 лучших военных сериалов последних лет (среди них есть даже нестыдный российский)

Милитари-драмы, которые ты мог пропустить

Playboy
Безумная история Безумная история

Чтобы разобраться в русском прошлом, без психиатра не обойтись

Дилетант
Сын Михаила Фридмана занялся протеиновыми батончиками Vasco Сын Михаила Фридмана занялся протеиновыми батончиками Vasco

Александр Фридман поможет основателю бренда Vasco выйти на федеральный уровень

Forbes
Дожить до лета: 7 способов компенсировать нехватку солнца и моря Дожить до лета: 7 способов компенсировать нехватку солнца и моря

Как дожить до теплых деньков

Cosmopolitan
10 самых популярных заблуждений о жизни в Средневековье 10 самых популярных заблуждений о жизни в Средневековье

Жуткие и забавные мелочи средневековой жизни — выдумка

Maxim
Семь секретов стратегии Continuous Listening Семь секретов стратегии Continuous Listening

Как создать сильную команду, которая сама будет притягивать сильных сотрудников

Forbes
Поздно не значит никогда: женщины, сделавшие состояние после 35 Поздно не значит никогда: женщины, сделавшие состояние после 35

Женщины, добившиеся успеха после 35 лет

Cosmopolitan
Тиран или жертва? Поступки Меган Маркл, которые взбесили общественность Тиран или жертва? Поступки Меган Маркл, которые взбесили общественность

Поступки супруги принца Гарри, которые привели общественность в ярость

Cosmopolitan
Как изменились актеры «Сумерек» спустя 9 лет после завершения киносаги Как изменились актеры «Сумерек» спустя 9 лет после завершения киносаги

Многих героев франшизы «Сумерки» не узнать!

Cosmopolitan
Танкист-девица: как три года Александра Ращупкина скрывала, что она — женщина Танкист-девица: как три года Александра Ращупкина скрывала, что она — женщина

«Какие еще танковые войска? Идите домой, девушка!»

Cosmopolitan
Сходить с шума: что такое мисофония — болезнь, при которой людей сводят с ума звуки Сходить с шума: что такое мисофония — болезнь, при которой людей сводят с ума звуки

Эксперт рассказывает о мисофонии — болезни, при которой людей сводят с ума звуки

Esquire
Стройплощадка с чистой совестью Стройплощадка с чистой совестью

Экодома теперь вырабатывают энергию, сохраняют ресурсы и перерабатывают отходы

AD
От «Бешеных псов» до «Вдов»: топ-11 улетных фильмов про ограбления от Playboy От «Бешеных псов» до «Вдов»: топ-11 улетных фильмов про ограбления от Playboy

Взрывоопасная подборка фильмов про преступников, замысливших дерзкие ограбления

Playboy
Пирамида без обмана: как поклонники мема про сиба-ину создали народную криптовалюту Dogecoin и в чем опасность ее роста Пирамида без обмана: как поклонники мема про сиба-ину создали народную криптовалюту Dogecoin и в чем опасность ее роста

Кто «разогрел» новую криптовалюту и как долго будет продолжаться рост?

Forbes
Открыть в приложении