На дне Байкала появится второй телескоп
На Байкале началось создание глубоководного нейтринного телескопа второго поколения, который должен стать крупнейшим в мире.
В новой установке будет не менее 2,5 тыс. оптических детекторов. Ключевую роль в реализации проекта играет Иркутский государственный университет. Один из его координаторов – директор НИИ прикладной физики ИГУ Николай Буднев. Он рассказал «Областной», зачем нужен гигантский нейтринный телескоп НТ-1000.
Из 2,5 тыс. сверхчувствительных оптических детекторов состоит нейтринный телескоп НТ-1000.
Напомним, строительство первого в мире байкальского глубоководного нейтринного телескопа НТ-200 было завершено в 1998 году. Установка состоит из почти двухсот сверхчувствительных оптических детекторов, распределенных на восьми тросах на глубинах больше 1100 м, соединенных сложной системой кабелей с быстрой электроникой. Как пояснил Николай Буднев, телескоп создавался специально для того, чтобы изучать потоки и взаимодействия нейтрино-частиц, которые приходят на Землю от Солнца и из глубокого космоса.
– У этих элементарных частиц, имеющих очень маленькую массу, нет электрического заряда, поэтому их очень трудно наблюдать. С другой стороны, например, по результатам исследования потоков нейтрино, рожденных в процессах ядерных превращений в центре Солнца, было экспериментально установлено, за счет чего Солнце является таким мощным источником энергии. Это сделано с помощью нескольких сложнейших физических установок, сооружение которых началось в середине прошлого века, – рассказал ученый.
По словам Николая Буднева, нейтрино являются важнейшим источником информации – не только о процессах в центре Солнца, которые невозможно изучать с помощью оптических, радио- или рентгеновских телескопов, принимающих электромагнитное излучение различных длин, но и самых мощных и далеких объектов во Вселенной, таких как сверхновые, активные галактические ядра, квазары и т.д. Мощность этих объектов в несравнимое число раз больше, чем у нашего Солнца. Природа сверхмощных источников энергии изучена мало, и над решением этой проблемы работают ученые всего мира.
В 1960 году советский ученый Моисей Марков предложил способ исследования нейтрино высоких энергий, в основе которого лежит регистрация результатов взаимодействия этих частиц с веществом. Основная проблема связана с тем, что для регистрации нейтрино от далеких астрофизических объектов нужна мишень массой в миллиарды тонн. Академик предложил использовать в качестве мишени прозрачную воду океана или Байкала. В результате взаимодействия нейтрино с водой рождаются электрически заряженные частицы, которые двигаются почти со скоростью света и излучают так называемый черенковский свет. Зарегистрировать это явление можно лишь с помощью специальных приборов.
Технически реализовать такую идею было непросто, и первыми за это взялись американские ученые. В 1970-х годах они начали реализовывать в Тихом океане в районе Гавайских островов проект под названием DUMAND. Однако после нескольких технических аварий, связанных со сложностью развертывания подводного оборудования с корабля в условиях открытого моря, работа была прекращена, а финансирование проекта закрыто.
– Чуть позже возникла идея о том, что глубоководный нейтринный телескоп можно построить на Байкале, используя для проведения монтажных работ лед как бесплатную устойчивую платформу. Озеро Байкал является единственным в мире глубоким водоемом с прозрачной водой, который зимой покрывается льдом, что позволяет в относительно комфортных условиях монтировать и устанавливать на километровой глубине сложнейшее оборудование глубоководных нейтринных телескопов. Также со льда могут быть созданы кабельные линии, которые обеспечивают электропитание подводных приборов и передачу информации с них на компьютеры берегового центра управления и сбора данных, – рассказывает Николай Буднев.
Первая экспедиция на озеро в рамках этого проекта состоялась в марте 1981 года. Еще около десяти лет понадобились ученым для решения технических вопросов. И в 1998 году первый в мире глубоководный телескоп был полностью введен в эксплуатацию. Он состоял из двухсот детекторов, которые впервые в мире зарегистрировали нейтрино высоких энергий под водой. Телескоп находится на расстоянии около 4 километров от берега в районе 106 км КБЖД.
Телескоп НТ-200 позволил ученым понять многие процессы и явления. Однако его размер меньше того, который предлагал Моисей Марков, и составляет 0,01 кубического километра. Именно поэтому было решено создавать новую установку. В 2006 году началось проектирование нового нейтринного телескопа, объем которого должен быть не менее 1 куб. км. Новый телескоп назвали НТ–1000. Над проектом работают около 50 человек из Института ядерных исследований РАН, Объединенного института ядерных исследований, Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.
– Эта гигантская установка будет включать в себя не менее 2,5 тыс. сверхчувствительных оптических детекторов, – отметил Николай Буднев. – Первый телескоп проектировался 20 лет назад, а тогда были доступны весьма несовершенные электронные компоненты. Новый же технически будет принципиально отличаться, ведь с тех пор появились новые электронные и информационные технологии.
В прошлом году была проложена кабельная линия, состоящая из медных проводов и оптических волокон. Также установлены три первых экспериментальных гирлянды с оптическими детекторами.
– Гирляндами установки называются потому, что состоят из закрепленных к тяжелым грузам тросов, натянутых расположенными на глубине 25 м огромными поплавками, стеклянные сферы с оптическими приемниками и электроникой распределены на этих тросах, начиная с глубины порядка 1000 м как шарики на новогодних елках, – рассказывает Николай Буднев.
Оптические детекторы представляют собой стеклянные сферы диаметром 50 см, внутри находится фотоэлектронный умножитель. Именно он регистрирует отдельные кванты света. Управляют работой телескопа и принимают информацию с них компьютеры. По словам Николая Буднева, телескоп может быть полностью создан через пять лет. В этом году работа продолжилась: смонтированы дополнительные оптические детекторы и электроника.
Для реализации всего проекта необходимо 2–3 млрд рублей. Эти средства предполагается получить в рамках специального мегапроекта, а пока финансирование осуществляется за счет РАН и Министерства образования и науки РФ.
