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

Драма 1921 года Драма 1921 года

Страшные подробности царь-голода в Советской России 1921 года

Дилетант
Жанна Бадоева: Жанна Бадоева:

Жанна Бадоева: Раздражаться или расстраиваться нет смысла

Караван историй
9 мифов об Альберте Эйнштейне 9 мифов об Альберте Эйнштейне

Правда и мифы о создателе теории относительности

Вокруг света
Экологичный романтизм Экологичный романтизм

Маленькая квартира в новостройке с экологическими мотивами практичного дизайна

Идеи Вашего Дома
Секрет 2000-летней липы… Секрет 2000-летней липы…

Дерево может продолжать жить веками, разрастаясь по кругу

Наука и жизнь
Грубый охранник, просрочка, обман: как избежать проблем в косметическом магазине Грубый охранник, просрочка, обман: как избежать проблем в косметическом магазине

Законные способы избежать распространенных проблем в косметическом магазине

Cosmopolitan
Нейтрино. Познание Вселенной продолжается Нейтрино. Познание Вселенной продолжается

О современном состоянии нейтринных, а также протонных исследований

Наука и жизнь
Все и сразу: почему модные бренды открывают в своих магазинах кафе и рестораны и где искать Gucci Shop & Bar в Москве Все и сразу: почему модные бренды открывают в своих магазинах кафе и рестораны и где искать Gucci Shop & Bar в Москве

Почему «шопинг» — это уже не просто покупка одежды?

Esquire
7 вопросов Александру Сосланду, психотерапевту. О панике и карантине 7 вопросов Александру Сосланду, психотерапевту. О панике и карантине

О том, насколько опасны панические явления

Русский репортер
5 ошибок сооснователя justfood Сергея Королёва 5 ошибок сооснователя justfood Сергея Королёва

Основатель сервиса доставки здорового питания о своих главных ошибках

Inc.
Строки, оборванные пулей Строки, оборванные пулей

О судьбе архива поэта рассказывает Любовь Сумм, внучка Павла Когана

Дилетант
Одним движением глаз Одним движением глаз

Простая, но эффективная техника, которая поможет отпустить прошлое

Лиза
Торпеда «Физик»: скрытная и смертоносная Торпеда «Физик»: скрытная и смертоносная

Зачем на российский флот пошли серийные поставки торпед нового поколения «Физик»

Популярная механика
«У нас в стране эпидемия домашнего насилия» «У нас в стране эпидемия домашнего насилия»

Спецпроект о домашнем насилии

Домашний Очаг
На севере Франции нашли редкую римскую тубу времен поздней империи На севере Франции нашли редкую римскую тубу времен поздней империи

Археологи нашли во Франции редкий древнеримский музыкальный инструмент

N+1
Греет, но не пригорает. Климатические парадоксы 2020 года Греет, но не пригорает. Климатические парадоксы 2020 года

Минувший год дал почву для раздумий многочисленной армии климатологов

СНОБ
Огромный курган в Сирии оказался древнейшим военным мемориалом Огромный курган в Сирии оказался древнейшим военным мемориалом

При раскопках Телль Банат обнаружили многослойное захоронение тысяч мужчин

N+1
О потерях говорить рано, но разработчики и рекламодатели напряжены: первые результаты запрета на сбор IDFA в iOS 14.5 О потерях говорить рано, но разработчики и рекламодатели напряжены: первые результаты запрета на сбор IDFA в iOS 14.5

Некоторые называют новые правила Apple «атомной бомбой»

VC.RU
6 причин играть или не играть Far Cry 6 6 причин играть или не играть Far Cry 6

Стоит ли Far Cry 6 своих денег?

Maxim
Искусственный сульфидный кластер подготовил молекулу азота к восстановлению Искусственный сульфидный кластер подготовил молекулу азота к восстановлению

Ученые нашли способ ослабить связь между атомами азота

N+1
«Кошачьи» кубиты сделали квантовый компьютер более отказоустойчивым «Кошачьи» кубиты сделали квантовый компьютер более отказоустойчивым

Связано это с тем, что коты Шредингера являются устойчивыми к переворотам

N+1
Может ли экологичный бизнес быть прибыльным в России? 6 факторов, на которые надо обратить внимание Может ли экологичный бизнес быть прибыльным в России? 6 факторов, на которые надо обратить внимание

Какие сложности ожидают бизнес, связанный с производством экотоваров

СНОБ
Машины из СССР продают за границей. Цены доходят до сотен тысяч долларов Машины из СССР продают за границей. Цены доходят до сотен тысяч долларов

Советские автомобили, которые можно купить за рубежом прямо сейчас

РБК
Саша Головин, Кирилл Емельянов, Паша Бессонов — звезды «Кадетства» 15 лет спустя Саша Головин, Кирилл Емельянов, Паша Бессонов — звезды «Кадетства» 15 лет спустя

Чем занимаются повзрослевшие актеры «Кадетства»?

Cosmopolitan
Геномы бактериальных вирусов с альтернативными нуклеотидами оказались не такими редкими Геномы бактериальных вирусов с альтернативными нуклеотидами оказались не такими редкими

Биологи изучили механизм биосинтеза альтернативных нуклеотидов

N+1
Бесшумная революция Инглхарта: как американский политолог помог нам лучше понять, чего мы хотим Бесшумная революция Инглхарта: как американский политолог помог нам лучше понять, чего мы хотим

Политолог Илья Локшин рассказывает главное о наследии Рональда Инглхарта

Forbes
Как один-единственный человек весь Пакистан вооружил атомными бомбами Как один-единственный человек весь Пакистан вооружил атомными бомбами

История Абдула Кадыр Хана, или не грози Пакистану, попивая чай у себя в Нью Дели

Maxim
10 невероятных фактов о ленивцах 10 невероятных фактов о ленивцах

Ленивцы называются ленивцами не просто так

Популярная механика
12 учителей рассказывают о самых глупых родительских выходках 12 учителей рассказывают о самых глупых родительских выходках

Ужасные поступки родителей, которые особо запомнились учителям

Cosmopolitan
Форма и функция Форма и функция

Загородный дом в Подмосковье, отличающийся сложными и выразительными формами

SALON-Interior
Открыть в приложении