Российские ученые превратили озеро Байкал в огромный детектор частиц нейтрино

В глубинах озера Байкал начала работу первая группа датчиков нейтрино нового глубоководного телескопа "Дубна", проекта, реализуемого совместными усилиями ученых Института ядерных исследований Российской Академии Наук (РАН), Объединенного института ядерных исследований и множества других научно-исследовательских организаций. Группа датчиков Дубна состоит из 192 оптических модулей, из которых сформированы "гирлянды", опущенные на глубину 1.3 километра, и эта группа является первой группой оптических модулей будущего большого нейтрино-телескопа Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector). В будущем этот телескоп, как надеются ученые, позволит пролить свет на загадки природы таинственной темной материи и ответить на некоторые фундаментальные вопросы, касающиеся происхождения Вселенной.

"Новый нейтрино-телескоп будет иметь модульную структуру, сформированную несколькими независимыми установками, каждая из которых будет представлять собой множество вертикальных гирлянд из оптических модулей" - рассказывает Григорий Домогацкий, член-корреспондент РАН и координатор данного проекта.

На следующем этапе реализации проекта будет произведено последовательное развертывание новых групп оптических датчиков, что будет постепенно увеличивать рабочий объем нейтрино-телескопа. К 2020 году телескоп Baikal-GVD, в составе которого будет насчитываться 10-12 функциональных групп и рабочий объем которого составит 0.5 кубических километра, станет сопоставим с самым большим из существующих нейтрино-телескопов, телескопом IceCube, объем которого составляет 1 кубический километр. На втором этапе проект к телескопу Baikal-GVD будет добавлено еще 27 групп, а его рабочий объем возрастет еще на 1.5 кубических километра.

Как и все существующие нейтрино-телескопы, телескоп Baikal-GVD будет служить для изучения потока высокоэнергетических нейтрино, потока неуловимых элементарных частиц, которые беспрепятственно пронизывают любую материю. Эти частицы взаимодействуют с атомами обычной материи крайне редко и эти редкие случаи, порождающие вспышки света, известные под названием излучения Черенкова, будут регистрировать высокочувствительные оптические датчики.

"Поток нейтрино, прибывающий в район Земли, в буквальном смысле насыщен информацией о нашем мире" - рассказывает Валерий Рубаков, один из ученых РАН, задействованный в данном проекте, - "Исследования, проводимые при помощи телескопа Baikal-GVD, будут ключом к пониманию самых ранних стадий развития Вселенной, они дадут нам возможность изучить тонкости процессов развития звезд, формирования различных химических элементов и, конечно, прольют свет на природу загадочной темной материи".

Первые попытки сооружения нейтрино-телескопов были начаты учеными еще в 1960-х годах. Возможности подземных телескопов, построенных в те времена, были весьма ограниченными, так как для достоверного изучения потоков этих частиц требуются объемы не менее 1 кубического километра, огражденные от воздействия других элементарных частиц. Первый подводный нейтрино-телескоп, в котором вода выступает в качестве рабочего тела и защитного экрана одновременно, был создан на глубине 1.2 километра в водах озера Байкал в 1993 году. В 2008 году в Средиземном море был создан телескоп Antares, имеющий рабочий объем 0.01 кубического километра. И еще два подобных меньших телескопа были построены позже близ берегов Сицилии и острова Пилос, Греция.

А сейчас, совместными усилиями 42 групп из различных университетов и организаций из 12 европейских стран ведется сооружение нейтрино-телескопа KM3NeT, который начнет работу в 2016-2017 году и, имея рабочий объем в несколько кубических километров, станет самым большим нейтрино-телескопом на земном шаре. А самым большим нейтрино-телескопом на сегодняшний день является телескоп IceCube с рабочим объемом в 1 кубический километр, датчики которого находятся на глубине 1.5-2.5 километров в толще антарктических льдов близ Южного Полюса. Этот телескоп, работающий с 2013 года, стал первым инструментом, который зарегистрировал частицы нейтрино, порожденные за пределами Солнечной системы.