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

106 минут новой эры 106 минут новой эры

Какое значение орбитальный рейс Юрия Гагарина имел для мировой науки

Наука и жизнь
Знойные мамочки! Пикантные фото звезд сериала «Содержанки»: Софья Эрнст и другие Знойные мамочки! Пикантные фото звезд сериала «Содержанки»: Софья Эрнст и другие

Актрисы воплотили на экране образы раскрепощенных героинь

Cosmopolitan
Электрическое поле помогает алмазам расти Электрическое поле помогает алмазам расти

С 1950-х годов алмазы получают искусственно

Наука и жизнь
Образец для поражения Образец для поражения

О сериале «Холстон», его герое и его создателе

Weekend
Пыльные бури — взгляд из космоса Пыльные бури — взгляд из космоса

Песчаные и пыльные бури и их последствия

Наука и жизнь
Гуру из соцсетей Гуру из соцсетей

Инвесторы могут выкинуть на помойку свои знания об экономической теории

Forbes
Нейтрино. Познание Вселенной продолжается Нейтрино. Познание Вселенной продолжается

О современном состоянии нейтринных, а также протонных исследований

Наука и жизнь
Выходные для мамы: борщ, мошенники и родительский чат Выходные для мамы: борщ, мошенники и родительский чат

Каждая мать знает, как сложно найти время на себя в круговерти ежедневных дел

Psychologies
Остров сокровищ Остров сокровищ

Алмазные старатели Борнео

Вокруг света
Нейроодежда, фото глазами и вечная жизнь: будущее наступило сейчас Нейроодежда, фото глазами и вечная жизнь: будущее наступило сейчас

Подростки придумали целую серию футуристических проектов

Seasons of life
БИНТИ БИНТИ

Бюро иностранной научно-технической информации

Наука и жизнь
Почему полеты в космос настолько дорогие? Почему Почему полеты в космос настолько дорогие? Почему

Отвечаем на 15 базовых вопросов о космосе

Esquire
Мухи вредные и полезные Мухи вредные и полезные

Насекомые — это как бы параллельный мир, окружающий нас повсюду

Наука и жизнь
Необычные секс-традиции Древней Индии Необычные секс-традиции Древней Индии

Кое-что из этого индусы практикуют до сих пор…

Maxim
Манижа заняла 9 место на «Евровидении» Манижа заняла 9 место на «Евровидении»

Какие наши болевые точки вывела из тени песня Манижи «Russian woman»?

Psychologies
Андрей Мостовой: «В чемпионской раздевалке я был самым активным» Андрей Мостовой: «В чемпионской раздевалке я был самым активным»

Футболист Андрей Мостовой рассказал о победе «Зенита» и что думает о Дзюбе

GQ
Почему пары распадаются после психотерапии? Почему пары распадаются после психотерапии?

Один из партнеров начинает психотерапию и подает на развод — знакомая ситуация?

Psychologies
От «Красных» до «Чернобыля»: 5 фильмов о русских, снятых иностранцами От «Красных» до «Чернобыля»: 5 фильмов о русских, снятых иностранцами

Международный кинематограф нередко обращается к судьбе России

GQ
«Мне не стыдно!»: эротические видео с Натальей Рудовой «Мне не стыдно!»: эротические видео с Натальей Рудовой

Звезда комедии «Женщины против мужчин» умеет привлекать всеобщее внимание

Cosmopolitan
Мужчина мечты Мужчина мечты

Как в нашем подсознании возникают идеалы и что с ними не так

Лиза
Прибрать за Маском: как бывший техдиректор Tesla зарабатывает на старых литий-ионных аккумуляторах Прибрать за Маском: как бывший техдиректор Tesla зарабатывает на старых литий-ионных аккумуляторах

Бывший техдиректор Tesla верит в рынок металлов извлеченных из аккумуляторов

Forbes
12 наиболее самых лучших эпизодов «Южного Парка» 12 наиболее самых лучших эпизодов «Южного Парка»

Что именно стоит посмотреть из «Южного Парка»?

Maxim
Рожать аморально? Лера Кудрявцева, Мария Миронова и другие звездные мамы 40+ Рожать аморально? Лера Кудрявцева, Мария Миронова и другие звездные мамы 40+

Для российских звезд позднее материнство остается непривычным явлением

Cosmopolitan
Опережая время Опережая время

Интерьер этого дома существует вне времени и не подвластен быстротечной моде

SALON-Interior
8 неожиданных старых фильмов о Великой Отечественной и Второй мировой войне 8 неожиданных старых фильмов о Великой Отечественной и Второй мировой войне

Подборка самых необычных военных фильмов прошлых лет

Esquire
Сомалийское побережье оказалось крупным перевалочным пунктом средневековой торговли Сомалийское побережье оказалось крупным перевалочным пунктом средневековой торговли

Археологи обнаружили крупные поставки импортных товаров для торговли

N+1
На месте первого испытания атомной бомбы нашли новый квазикристалл На месте первого испытания атомной бомбы нашли новый квазикристалл

Ученые обнаружили самый старый квазикристалл антропогенного происхождения

N+1
Кодекс шопоголика: как бороться с навязчивым желанием приобретать вещи Кодекс шопоголика: как бороться с навязчивым желанием приобретать вещи

Причины шопоголизма и способы справиться с бесконтрольным потреблением

Psychologies
5 знаменитостей, которых отменили 5 знаменитостей, которых отменили

Кто из звездных знаменитостей был отмечен клеймом канселлинга

Maxim
74 миллиона рублей за пост: знаменитости с самой дорогой рекламой в инстаграме 74 миллиона рублей за пост: знаменитости с самой дорогой рекламой в инстаграме

Сколько зарабатывают наши и зарубежные звезды в инстаграме?

Cosmopolitan
Открыть в приложении