Що це за телескоп?
Байкальський нейтринний телескоп (Baikal Gigaton Volume Detector, Baikal-GVD) - нейтринна обсерваторія,
Після закінчення будівництва до 2020 року обсягдетектора буде порівнянний з найбільшим на сьогоднішній момент детектором нейтрино IceCube. Телескоп поряд з IceCube, ANTARES і KM3NeT входить в Глобальну нейтринну мережу (GNN) як найважливіший елемент мережі в Північній півкулі Землі.
Обсерваторію експлуатує колаборація «Байкал», яка включає:
- Інститут ядерних досліджень РАН,
- Об'єднаний інститут ядерних досліджень,
- Іркутський державний університет,
- Московський державний університет ім. М. В. Ломоносова,
- Нижегородський державний технічний університет,
- Санкт-Петербурзький державний морський технічний університет,
- Компані Evologic (Німеччина),
- Інститут ядерної фізики Академії наук Чехії,
- Інститут експериментальної та прикладної фізики Празького університету,
- Братиславський університет.
- Як буде працювати телескоп?
Нейтринний телескоп BAIKAL-GVD призначений дляреєстрації та дослідження потоків нейтрино надвисоких енергій від астрофізичних джерел. З його допомогою вчені планують досліджувати процеси з величезним виділенням енергії, що відбувалися у Всесвіті у минулому.
Однією з загадок сучасної астрофізики ємеханізм народження у Всесвіті астрофізичних нейтрино, в мільярди разів енергійніше сонячних нейтрино, і Байкальський нейтринний телескоп завдяки своїм унікальним характеристикам зможе пролити світло на цю таємницю.
- Процес розробки телескопа?
Перша версія глибоководного нейтринного телескопа на Байкалі було розгорнуто 1998 року. З його допомогою проводилися вимірювання частинок нейтрино, що народжувалися в атмосфері Землі.
Результати досліджень привели до створення наПівденному полюсі нейтринного телескопа IceCube. Саме на ньому вперше були зафіксовані нейтрино високі енергії, що підтвердило правильність і перспективність створення мережі подібних за розміром телескопів.
Що таке нейтрино?
Нейтрино — прекрасний «оповідач» про астрофізичні катаклізми. Воно летить крізь Всесвіт, практично ніким і нічим не поглинаючись.
Оскільки ця частка нейтральна, магнітними та електричними полями вона не відхиляється, а це означає, що її джерело лежить саме у тому напрямку, звідки зареєстрували появу нейтрино.
Джерелами долетіли до Землі космічнихнейтрино служать вибухи наднових зірок, чорні діри, активні ядра галактик або подвійні зоряні системи. Саме тому нейтрино - прекрасний інструмент для вивчення що відбуваються в космосі процесів.
Навіщо потрібен нейтринний телескоп?
Відкриття астрофізичних нейтрино високих енергій у 2013 році ознаменувало народження нової галузі знань — нейтринної астрофізики високих енергій.
Це сталося, коли розміщений на Південному полюсів товщі антарктичного льоду детектор IceCube вперше зареєстрував нейтрино з енергією понад 1000 ТЕВ. На сьогоднішній день експериментом IceCube у Південній півкулі зареєстровано понад 100 астрофізичних нейтрино високих енергій.
Щоб детектувати нейтрино з усією небесноюсфери, потрібне створення нейтринного телескопа гігатонн масштабу в Північній півкулі. Тому, починаючи з 2015 року, на озері Байкал ведеться активне будівництво нейтринного телескопа другого покоління Baikal-GVD.
Процес роботи Baikal-GVD
Байкальський нейтринний телескоп — ценейтринний детектор, розташований в озері Байкал на відстані 3,6 км від берега, де глибина озера сягає 1366 м. Місце для встановлення було обрано не випадково.
- По-перше, у цьому районі проходить залізниця та протягнуті лінії електропередач. За 55 км від детектора знаходиться великий промисловий та науковий центр – місто Іркутськ.
- По-друге, вода озера прісна, що запобігає можливим пошкодженням обладнання.
- По-третє, протягом двох місяців на рік озеро покривається міцним крижаним покривом, що дозволяє без побоювань вести монтажні роботи.
- Також Байкалі відсутні фонове світіння від К40 і біолюмінесценція, яка носить спалахової характер.
При проходженні нейтрино крізь Байкальську товщуводи є ймовірність, що деякі з невловимих частинок таки будуть зупинені водою. У разі такої взаємодії утворюється або мюон або зливовий каскад з частинок високих енергій.
І мюон, і зливовий каскад викликають свічення води, зване у фізиці черенківським випромінюванням - явище, виявлене радянськими фізиками П. А. Черенкова та С. І. Вавілова.
Таке світіння виникає тоді, коли зарядженачастка (наприклад, мюон) рухається у воді зі швидкістю більше, ніж швидкість світла у воді (швидкість світла у воді зменшується обернено пропорційно коефіцієнту заломлення).
Фактично відбувається явище, при якому мюон обганяє світло. Завдання детектора - зареєструвати черенковское випромінювання і відокремити події з астрофізичними нейтрино від інших можливих подій.
Скільки коштував телескоп?
На проект з будівництва було витрачено близько2,5 млрд рублів, він займає площу близько 0,5 км² і призначений для пошуку джерел нейтрино надвисоких енергій, у тому числі в надрах галактик, що народжуються або вмирають.
Дослідження цих частинок допоможе вченим зрозуміти, яким чином виникла і еволюціонувала Всесвіт в процесі історії.
Підземні детектори нейтрино
Крім кількох підводних нейтриннихдетекторів, існують також підземні детектори, що працюють за тим самим принципом. Їхня відмінність у тому, що для детектування використовується штучний резервуар зі спеціальною водою.
Також завдяки своєму розташуванню дані телескопи використовують земні породи в якості фільтра частинок, які позбавляють детектори від реєстрації стороннього (фонового) випромінювання, на кшталт космічного.
- Super-Kamiokande
Найбільшим підземним нейтринним детектором є Super-Kamiokande, який розташований дещо північніше Токіо, в цинковій шахті на глибині 1 км.
Детектор представляє собою резервуар діаметром40 м і висотою 42 м, який складається з нержавіючої сталі. Він заповнений 50 000 т очищеної води. На стінах резервуара знаходяться 11 146 фотопомножувачів, висока чутливість яких дозволяє зареєструвати навіть один квант світла. Споруда Super-Kamiokande була завершена в 1983 році.
- SNO
Ще один детектор, у рази менший за Super-Kamiokande, розташований біля канадського міста Садбері в шахті на глибині двох кілометрів — Sudbury Neutrino Observatory.
SNO - акрилова сфера діаметром 12 метрів і товщиною стінок - 5,5 см, яка заповнена важкою водою D2O і покрита 9 600 фотопомножувачами.
Особливості нейтринного телескопа Baikal-GVD
Байкальський нейтринний телескоп встановлений навідстані 3,5 км від берега на глибині від 750 до 1 300 м в південній улоговині Байкалу. Це озеро для розміщення телескопа вибрано в зв'язку з тим, що в ньому є ділянки глибиною до 1 км недалеко від берега і відповідні для установки наукового обладнання. Вода Байкалу має необхідну для експериментів прозорість.
Крім того, озеро близько двох місяців в році покрите льодом, що значно полегшує установку і обслуговування телескопа в порівнянні з іншими проектами, коли телескопи розгортають з морських суден.
Читати далі
Уран отримав статус самої дивної планети в Сонячній системі. Чому?
Люди можуть витримувати дуже низькі температури навіть без джерел тепла
Фізики створили аналог чорної діри і підтвердили теорію Хокінга. До чого це призведе?