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
Биосенсор на основе серотонинового рецептора обнаружил негаллюциногенный психоделик Биосенсор на основе серотонинового рецептора обнаружил негаллюциногенный психоделик

Психоделик без галлюциногенного эффекта, но с антидепрессантыми свойствами

N+1
Секрет 2000-летней липы… Секрет 2000-летней липы…

Дерево может продолжать жить веками, разрастаясь по кругу

Наука и жизнь
Не только кофе: 5 продуктов, которые помогут взбодриться Не только кофе: 5 продуктов, которые помогут взбодриться

Продукты, которые помогут зарядиться энергией и сохранить бодрость в течении дня

Популярная механика
Долгая счастливая жизнь Долгая счастливая жизнь

Старение – это естественно, но не нормально

Популярная механика
От Памелы Андерсон до леди Ди: гениальные перевоплощения актрис в звезд прошлого От Памелы Андерсон до леди Ди: гениальные перевоплощения актрис в звезд прошлого

Перевоплощения актрис в звезд прошлого

Cosmopolitan
Нейтрино. Познание Вселенной продолжается Нейтрино. Познание Вселенной продолжается

О современном состоянии нейтринных, а также протонных исследований

Наука и жизнь
Плоская, пустая провокация: почему сериал «Холстон» с Юэном Макгрегором не оправдал ничьих ожиданий Плоская, пустая провокация: почему сериал «Холстон» с Юэном Макгрегором не оправдал ничьих ожиданий

Чем хорош и чем плох байопик «Холстон» об американском дизайнере?

Forbes
160 лет почти свободы 160 лет почти свободы

9 заблуждений и фактов о крепостном праве

Вокруг света
«Супруг украл нашего ребенка»: что делать? «Супруг украл нашего ребенка»: что делать?

Как поступить, если в процессе развода муж похитил ребенка?

Psychologies
Живительный церий Живительный церий

Прообразы будущих препаратов, которые могли бы получить практическое применение

Наука и жизнь
Марка, за которой стоит следить: российские джинсы на заказ и кастомный деним BLCV Марка, за которой стоит следить: российские джинсы на заказ и кастомный деним BLCV

Присматриваемся к марке-ателье BLCV

Esquire
Как изменились Ходченкова, Балуев и другие звезды фильма «Благословите женщину» Как изменились Ходченкова, Балуев и другие звезды фильма «Благословите женщину»

Что стало со звездами фильма «Благословите женщину» и чем они занимаются сейчас?

Cosmopolitan
Говорит и доказывает Говорит и доказывает

Как можно трезво смотреть на актуальные процессы и оставаться главным оптимистом

Harper's Bazaar
Новая татуировка + вода: насколько они совместимы и другие волнующие вопросы Новая татуировка + вода: насколько они совместимы и другие волнующие вопросы

Если сделал татуировку, важно учесть несколько нюансов, принимая душ

Playboy
Сбитые летчики: как действовать на карьерных виражах Сбитые летчики: как действовать на карьерных виражах

Какие карьерные ошибки могут разрушить даже самую успешную историю роста?

Forbes
Когда весна не в радость: как победить аллергический ринит Когда весна не в радость: как победить аллергический ринит

Как отличить аллергию от простуды и как бороться с аллергическим ринитом

РБК
У меня лапки У меня лапки

Девушка, у которой много кошек, — не мем, а образ жизни

Tatler
Майе с любовью: какой нам запомнилась императрица русского балета Майе с любовью: какой нам запомнилась императрица русского балета

Балетный критик Лейла Гучмазова вспоминает историю Майи Михайловны

Esquire
Парное интервью: Светлана Ходченкова и Артем Быстров отвечают на 10 вопросов об отношениях, детстве и семье Парное интервью: Светлана Ходченкова и Артем Быстров отвечают на 10 вопросов об отношениях, детстве и семье

Интервью со Светланой Ходченковой и Артемом Быстровым

Esquire
Все такие творческие: как руководить креативной командой Все такие творческие: как руководить креативной командой

Если ваша команда состоит из креативщиков, к людям нужен особый подход

Inc.
На месте средневекового кораблекрушения нашли стеклобой для вторичной переработки На месте средневекового кораблекрушения нашли стеклобой для вторичной переработки

На затонувшем торговом корабле обнаружены два килограмма стеклянных осколков

N+1
Как выглядели Анджелина Джоли, Николь Кидман и другие актрисы в первых фильмах Как выглядели Анджелина Джоли, Николь Кидман и другие актрисы в первых фильмах

Мало кто из них может опознать этих актрис по их первым картинам

Cosmopolitan
Грибная диета: на сколько можно похудеть, если есть шампиньоны каждый день Грибная диета: на сколько можно похудеть, если есть шампиньоны каждый день

Ты что-то слышала о грибной диете?

Cosmopolitan
На все четыре: что такое муфта Haldex и как она эволюционировала На все четыре: что такое муфта Haldex и как она эволюционировала

Как развивалась муфта Haldex, к чему пришла и по какому принципу действует?

Популярная механика
10 звезд, которые ненавидят ходить на каблуках 10 звезд, которые ненавидят ходить на каблуках

Звездные модницы, которые не надевают каблуки даже на красную дорожку

Cosmopolitan
Как правильно загорать в солярии Как правильно загорать в солярии

Сколько минут загорать в солярии и как делать это правильно

Cosmopolitan
Природа переезжает. Как дикие животные учатся жить в городах Природа переезжает. Как дикие животные учатся жить в городах

Изменениях животных и растений в городских условиях

СНОБ
«Он великолепен, но я не хочу работать с ним снова»: история Стива Перлмана, который помог появиться Android и Smart TV «Он великолепен, но я не хочу работать с ним снова»: история Стива Перлмана, который помог появиться Android и Smart TV

Перлман ушел из Apple и Microsoft и продал несколько стартапов

VC.RU
Медики впервые зафиксировали возникновение тройного пениса у человека Медики впервые зафиксировали возникновение тройного пениса у человека

Врачи впервые задокументировали у человека случай трифаллии

N+1
Открыть в приложении