ما سيراه تلسكوب Baikal-GVD الجديد: نيوترينوات عالية الطاقة وتطور المجرات

ما هذا المنظار؟

تلسكوب بايكال نيوترينو (Baikal Gigaton Volume Detector، Baikal-GVD) - مرصد النيوترينو،

تقع في الجزء السفلي من بحيرة بايكال. يجري حاليًا إنشاء نسخة الكيلومتر المكعب.

عند الانتهاء من البناء بحلول عام 2020 ، الحجمسيكون الكاشف مشابهًا لأكبر كاشف للنيوترينو حتى الآن ، IceCube. يعد التلسكوب ، جنبًا إلى جنب مع IceCube و ANTARES و KM3NeT ، جزءًا من شبكة النيوترينو العالمية (GNN) كعنصر أساسي في الشبكة في نصف الكرة الشمالي للأرض.

يتم تشغيل المرصد من خلال تعاون بايكال ، والذي يشمل:

  • معهد البحوث النووية RAS،
  • المعهد المشترك للأبحاث النووية،
  • جامعة ولاية إيركوتسك,
  • جامعة موسكو الحكومية سميت باسم. إم في لومونوسوفا،
  • جامعة نيجني نوفغورود التقنية الحكومية,
  • جامعة سانت بطرسبرغ الحكومية التقنية البحرية،
  • شركة إيفولوجيك (ألمانيا)،
  • معهد الفيزياء النووية التابع للأكاديمية التشيكية للعلوم،
  • معهد الفيزياء التجريبية والتطبيقية، جامعة براغ،
  • جامعة براتيسلافا. 
  • كيف سيعمل التلسكوب؟

تم تصميم تلسكوب النيوترينو BAIKAL-GVD من أجلتسجيل ودراسة تدفقات النيوترينو ذات الطاقة العالية جدًا من المصادر الفيزيائية الفلكية. وبمساعدتها، يخطط العلماء لدراسة العمليات ذات إطلاق الطاقة الهائلة التي حدثت في الكون في الماضي البعيد.

أحد ألغاز الفيزياء الفلكية الحديثةآلية ولادة النيوترينوات الفيزيائية الفلكية في الكون ، طاقة أكثر بمليارات المرات من النيوترينوات الشمسية ، وتلسكوب بايكال نيوترينو ، بفضل خصائصه الفريدة ، سيكون قادرًا على إلقاء الضوء على هذا اللغز.

  • عملية تطوير التلسكوب؟

تم نشر النسخة الأولى من تلسكوب النيوترينو في أعماق البحار على بحيرة بايكال في عام 1998. تم استخدامه لقياس جزيئات النيوترينو المنتجة في الغلاف الجوي للأرض.

أدت نتائج البحث إلى إنشاءالقطب الجنوبي لتلسكوب نيوترينو IceCube. تم اكتشاف نيوترينوات عالية الطاقة عليه لأول مرة ، مما أكد صحة واحتمالات إنشاء شبكة من التلسكوبات ذات الحجم المماثل.

ما هي النيوترينوات؟

النيوترينوات هي "رواة" ممتازون عن الكوارث الفيزيائية الفلكية. إنه يطير عبر الكون، ولا يتم امتصاصه عمليا من قبل أي شخص أو أي شيء.

وبما أن هذا الجسيم محايد، فإنه لا ينحرف عن طريق المجالات المغناطيسية والكهربائية، مما يعني أن مصدره يقع بالضبط في الاتجاه الذي تم تسجيل ظهور النيوترينوات منه.

مصادر الفضاء التي تصل إلى الأرضالنيوترينوات هي انفجارات سوبرنوفا ، ثقوب سوداء ، نوى مجرة ​​نشطة أو أنظمة نجمية ثنائية. هذا هو السبب في أن النيوترينوات هي أداة ممتازة لدراسة العمليات التي تحدث في الفضاء.

لماذا نحتاج إلى تلسكوب نيوترينو؟

كان اكتشاف النيوترينوات الفيزيائية الفلكية عالية الطاقة في عام 2013 بمثابة ولادة مجال جديد من المعرفة - الفيزياء الفلكية للنيوترينوات عالية الطاقة.

حدث هذا عندما كانت متمركزة في القطب الجنوبيوفي سمك جليد القطب الجنوبي، اكتشف كاشف IceCube نيوترينوات ذات طاقات تزيد عن 1000 تيرا إلكترون فولت لأول مرة. حتى الآن، كشفت تجربة آيس كيوب عن أكثر من 100 نيوترينو فيزيائي فلكي عالي الطاقة في نصف الكرة الجنوبي.

لاكتشاف النيوترينوات عبر السماءكرة ، مطلوب تلسكوب نيوترينو بحجم جيجا طن في نصف الكرة الشمالي. لذلك ، منذ عام 2015 ، يتم بناء تلسكوب بايكال- جي في دي من الجيل الثاني للنيوترينو بنشاط على بحيرة بايكال.

عملية العمل بايكال-GVD

تلسكوب بايكال نيوترينو هويقع كاشف النيوترينو في بحيرة بايكال على مسافة 3.6 كم من الشاطئ، حيث يصل عمق البحيرة إلى 1366 م، ولم يتم اختيار مكان التثبيت بالصدفة.

  • أولاً، يوجد في هذه المنطقة خطوط السكك الحديدية والكهرباء. على بعد 55 كم من الكاشف يوجد مركز صناعي وعلمي كبير - مدينة إيركوتسك.
  • ثانيا، مياه البحيرة عذبة، مما يمنع حدوث أضرار محتملة للمعدات.
  • ثالثا: لمدة شهرين من السنة تكون البحيرة مغطاة بغطاء جليدي قوي مما يسمح بتنفيذ أعمال التركيب دون خوف.
  • أيضًا ، تفتقر بايكال إلى توهج الخلفية من K40 والإضاءة الحيوية ، وهي ذات طبيعة مضيئة.

عندما يمر النيوترينو عبر سمك بايكالالماء، هناك احتمال أن بعض الجزيئات المراوغة ستظل متوقفة بواسطة الماء. في حالة مثل هذا التفاعل، يتم تشكيل الميون أو سلسلة وابل من الجزيئات عالية الطاقة.

يتسبب كل من الميون وشلال الدش في توهج الماء، وهو ما يسمى إشعاع شيرينكوف في الفيزياء، وهي ظاهرة اكتشفها الفيزيائيان السوفييت بي إيه شيرينكوف وإس آي فافيلوف.

يحدث هذا التوهج عندما يتم شحنهيتحرك جسيم (على سبيل المثال، الميون) في الماء بسرعة أكبر من سرعة الضوء في الماء (تتناقص سرعة الضوء في الماء بما يتناسب عكسيا مع معامل الانكسار).

في الواقع ، تحدث ظاهرة يتفوق فيها الميون على الضوء. تتمثل مهمة الكاشف في تسجيل إشعاع Cherenkov وفصل الأحداث مع النيوترينوات الفيزيائية الفلكية عن الأحداث المحتملة الأخرى.

كم تكلفة التلسكوب؟

تكلفة مشروع البناء تقريباتبلغ تكلفة المشروع 2.5 مليار روبل، ويغطي مساحة تبلغ حوالي 0.5 كيلومتر مربع، وهو مصمم للبحث عن مصادر النيوترينوات ذات الطاقة العالية جدًا، بما في ذلك في أعماق المجرات الناشئة أو المحتضرة.

ستساعد دراسة هذه الجسيمات العلماء على فهم كيفية نشوء الكون وتطوره على مدار التاريخ.

كاشفات النيوترينو تحت الأرض

بالإضافة إلى عدة نيوترينوات تحت الماءأجهزة الكشف، هناك أيضًا أجهزة كشف تحت الأرض تعمل على نفس المبدأ. الفرق بينهما هو أنه يتم استخدام خزان اصطناعي بمياه خاصة للكشف.

أيضًا ، نظرًا لموقعها ، تستخدم هذه التلسكوبات الصخور الأرضية كمرشح للجسيمات ، مما يحفظ أجهزة الكشف من اكتشاف الإشعاع الخارجي (في الخلفية) ، مثل الفضاء.

  • سوبر كاميوكاندي

أكبر كاشف للنيوترينو تحت الأرض هو سوبر كاميوكاندي، الذي يقع شمال طوكيو قليلاً، في منجم للزنك على عمق كيلومتر واحد.

الكاشف عبارة عن خزان بقطر40 م وارتفاع 42 م وهو مصنع من الستانلس ستيل. تمتلئ بـ 50000 طن من المياه النقية. يوجد على جدران الخزان 11146 مضخمًا ضوئيًا ، تسمح الحساسية العالية لها بتسجيل كمية ضوئية واحدة. اكتمل سوبر كاميوكاندي في عام 1983.

  • SNO

ويوجد كاشف آخر أصغر عدة مرات من Super-Kamiokande بالقرب من مدينة Sudbury الكندية في منجم على عمق كيلومترين - مرصد Sudbury Neutrino.

SNO عبارة عن كرة أكريليك يبلغ قطرها 12 مترًا وسمك جدارها 5.5 سم، وهي مملوءة بالماء الثقيل D2O ومغطاة بـ 9600 أنبوب مضاعف ضوئي.

مميزات تلسكوب النيوترينو Baikal-GVD

تلسكوب بايكال نيوترينو مثبت علىمسافة 3.5 كم من الساحل وعلى عمق 750 إلى 1300 م في الحوض الجنوبي لبحيرة بايكال. تم اختيار هذه البحيرة لإيواء التلسكوب نظرًا لوجود مناطق يصل عمقها إلى كيلومتر واحد بالقرب من الساحل ومناسبة لتركيب المعدات العلمية. تتمتع مياه بايكال بالشفافية اللازمة لإجراء التجارب.

بالإضافة إلى ذلك ، البحيرة مغطاة بالجليد لمدة شهرين تقريبًا في السنة ، مما يجعل تركيب وصيانة التلسكوب أسهل بكثير مقارنة بالمشاريع الأخرى عند نشر التلسكوبات من السفن.

قراءة المزيد

حصل أورانوس على مكانة أغرب كوكب في المجموعة الشمسية. لماذا؟

يمكن للبشر تحمل درجات حرارة منخفضة للغاية حتى بدون مصادر الحرارة

ابتكر الفيزيائيون نظيرًا للثقب الأسود وأكدوا نظرية هوكينغ. إلى أين تقود؟