Was ist das für ein Teleskop?
Der Baikal Gigaton Volume Detector (Baikal-GVD) ist ein Neutrino-Observatorium
Nach Abschluss der Bauarbeiten bis 2020 wird das VolumenDer Detektor wird mit dem bislang größten Neutrino-Detektor, IceCube, vergleichbar sein. Das Teleskop ist zusammen mit IceCube, ANTARES und KM3NeT Teil des Global Neutrino Network (GNN) als wesentliches Element des Netzwerks auf der Nordhalbkugel der Erde.
Das Observatorium wird von der Baikal-Kollaboration betrieben, die Folgendes umfasst:
- Institut für Kernforschung RAS,
- Gemeinsames Institut für Kernforschung,
- Staatliche Universität Irkutsk,
- Moskauer Staatsuniversität benannt nach. M. V. Lomonosova,
- Staatliche Technische Universität Nischni Nowgorod,
- Staatliche Marinetechnische Universität St. Petersburg,
- Evologic Unternehmen (Deutschland),
- Institut für Kernphysik der Tschechischen Akademie der Wissenschaften,
- Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Universität Prag,
- Universität Bratislava.
- Wie funktioniert das Teleskop?
Das BAIKAL-GVD-Neutrinoteleskop ist für konzipiertRegistrierung und Untersuchung ultrahochenergetischer Neutrinoflüsse aus astrophysikalischen Quellen. Mit seiner Hilfe wollen Wissenschaftler Prozesse mit enormer Energiefreisetzung untersuchen, die in der fernen Vergangenheit im Universum stattfanden.
Eines der Geheimnisse der modernen Astrophysik istDer Geburtsmechanismus astrophysikalischer Neutrinos im Universum, der milliardenfach energiereicher als solare Neutrinos ist, und das Neutral-Teleskop Baikal können dank seiner einzigartigen Eigenschaften dieses Rätsel aufklären.
- Teleskopentwicklungsprozess?
Die erste Version des Tiefsee-Neutrinoteleskops am Baikalsee wurde 1998 in Betrieb genommen. Es wurde zur Messung von Neutrinoteilchen verwendet, die in der Erdatmosphäre erzeugt wurden.
Forschungsergebnisse haben zur Schaffung von geführtSüdpol des IceCube-Neutrino-Teleskops. Daraufhin wurden erstmals hochenergetische Neutrinos nachgewiesen, was die Richtigkeit und die Aussichten für die Schaffung eines Netzwerks von Teleskopen ähnlicher Größe bestätigte.
Was sind Neutrinos?
Neutrinos sind hervorragende „Geschichtenerzähler“ über astrophysikalische Katastrophen. Es fliegt durch das Universum und wird praktisch von niemandem oder irgendetwas absorbiert.
Da dieses Teilchen neutral ist, wird es nicht durch magnetische und elektrische Felder abgelenkt, was bedeutet, dass seine Quelle genau in der Richtung liegt, aus der das Auftreten von Neutrinos aufgezeichnet wurde.
Weltraumquellen erreichen die ErdeNeutrinos sind Supernova-Explosionen, Schwarze Löcher, aktive galaktische Kerne oder binäre Sternensysteme. Deshalb sind Neutrinos ein hervorragendes Werkzeug, um die im Weltraum ablaufenden Prozesse zu untersuchen.
Warum wird ein Neutrino-Teleskop benötigt?
Die Entdeckung hochenergetischer astrophysikalischer Neutrinos im Jahr 2013 markierte die Geburtsstunde eines neuen Wissensgebiets – der Hochenergie-Neutrino-Astrophysik.
Dies geschah, als es am Südpol stationiert warIn der Dicke des antarktischen Eises hat der IceCube-Detektor erstmals Neutrinos mit Energien über 1000 TeV nachgewiesen. Bis heute hat das IceCube-Experiment mehr als 100 hochenergetische astrophysikalische Neutrinos auf der Südhalbkugel entdeckt.
Neutrinos vom Himmel aus zu erkennenIn der nördlichen Hemisphäre ist ein Neutrino-Teleskop im Gigaton-Maßstab erforderlich. Daher wird seit 2015 das Neutral-Teleskop der zweiten Generation des Baikal-GVD aktiv am Baikalsee gebaut.
Arbeitsprozess Baikal-GVD
Das Baikal-Neutrino-Teleskop istNeutrino-Detektor im Baikalsee in einer Entfernung von 3,6 km vom Ufer entfernt, wo die Tiefe des Sees 1.366 m erreicht. Der Installationsort wurde nicht zufällig gewählt.
- Erstens gibt es in diesem Gebiet eine Eisenbahn- und Stromleitung. 55 km vom Detektor entfernt befindet sich ein großes Industrie- und Wissenschaftszentrum – die Stadt Irkutsk.
- Zweitens ist das Seewasser frisch, was mögliche Schäden an der Ausrüstung verhindert.
- Drittens ist der See zwei Monate im Jahr mit einer starken Eisdecke bedeckt, sodass Installationsarbeiten ohne Angst durchgeführt werden können.
- Außerdem fehlt dem Baikal das Hintergrundlicht von K40 und die Biolumineszenz, die von flackernder Natur ist.
Wenn ein Neutrino die Dicke des Baikalsees durchdringtWasser besteht die Möglichkeit, dass einige der schwer fassbaren Partikel dennoch vom Wasser aufgehalten werden. Bei einer solchen Wechselwirkung entsteht entweder ein Myon oder eine Schauerkaskade aus hochenergetischen Teilchen.
Sowohl das Myon als auch die Schauerkaskade bringen das Wasser zum Leuchten, was in der Physik Tscherenkow-Strahlung genannt wird, ein Phänomen, das von den sowjetischen Physikern P. A. Tscherenkow und S. I. Wawilow entdeckt wurde.
Dieses Leuchten entsteht, wenn ein geladener Akku geladen wirdEin Teilchen (z. B. ein Myon) bewegt sich im Wasser mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit im Wasser (die Lichtgeschwindigkeit im Wasser nimmt umgekehrt proportional zum Brechungsindex ab).
Tatsächlich tritt ein Phänomen auf, bei dem das Myon das Licht überholt. Die Aufgabe des Detektors besteht darin, Cherenkov-Strahlung zu registrieren und Ereignisse mit astrophysikalischen Neutrinos von anderen möglichen Ereignissen zu trennen.
Wie viel hat das Teleskop gekostet?
Das Bauvorhaben kostete caEs kostet etwa 2,5 Milliarden Rubel, deckt eine Fläche von etwa 0,5 km² ab und soll nach Quellen ultrahochenergetischer Neutrinos suchen, auch in den Tiefen entstehender oder sterbender Galaxien.
Die Untersuchung dieser Teilchen wird Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie das Universum im Laufe der Geschichte entstanden und sich entwickelt hat.
Unterirdische Neutrino-Detektoren
Neben mehreren Unterwasser-NeutrinosNeben Detektoren gibt es auch unterirdische Detektoren, die nach dem gleichen Prinzip funktionieren. Der Unterschied besteht darin, dass zur Erkennung ein künstliches Reservoir mit Spezialwasser verwendet wird.
Aufgrund ihrer Position verwenden diese Teleskope auch terrestrische Gesteine als Partikelfilter, wodurch Detektoren daran gehindert werden, externe (Hintergrund-) Strahlung wie den Weltraum zu erfassen.
- Super-Kamiokande
Der größte unterirdische Neutrinodetektor ist Super-Kamiokande, der sich etwas nördlich von Tokio in einer Zinkmine in einer Tiefe von 1 km befindet.
Der Detektor ist ein Reservoir mit einem Durchmesser40 m und eine Höhe von 42 m, die aus Edelstahl gefertigt ist. Es ist mit 50.000 Tonnen gereinigtem Wasser gefüllt. An den Wänden des Tanks befinden sich 11.146 Fotovervielfacher, deren hohe Empfindlichkeit es ermöglicht, auch nur ein Lichtquant zu registrieren. Super-Kamiokande wurde 1983 fertiggestellt.
- SNO
Ein weiterer Detektor, der um ein Vielfaches kleiner als Super-Kamiokande ist, befindet sich in der Nähe der kanadischen Stadt Sudbury in einer Mine in zwei Kilometern Tiefe – dem Sudbury Neutrino Observatory.
SNO ist eine Acrylkugel mit einem Durchmesser von 12 Metern und einer Wandstärke von 5,5 cm, die mit schwerem Wasser D2O gefüllt und mit 9.600 Photomultiplier-Röhren bedeckt ist.
Merkmale des Baikal-GVD-Neutrinoteleskops
Das Baikal-Neutrino-Teleskop ist installierteine Entfernung von 3,5 km von der Küste in einer Tiefe von 750 bis 1300 m im südlichen Becken des Baikalsees. Dieser See wurde für die Unterbringung des Teleskops ausgewählt, da es in Küstennähe Gebiete mit einer Tiefe von bis zu 1 km gibt, die für die Installation wissenschaftlicher Geräte geeignet sind. Das Baikalwasser hat die für Experimente notwendige Transparenz.
Darüber hinaus ist der See etwa zwei Monate im Jahr mit Eis bedeckt, was die Installation und Wartung des Teleskops im Vergleich zu anderen Projekten beim Einsatz von Teleskopen von Schiffen aus erheblich erleichtert.
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