Самый большой подводный нейтринный телескоп

      Комментарии к записи Самый большой подводный нейтринный телескоп отключены

Самый большой подводный нейтринный телескоп

    Комбинация довольно низкого потока космических нейтрино высоких энергий и их не сильный сотрудничества с веществом требует весьма массивных детекторов (1012 кг). Одна из возможностей — это применять природные водоемы для размещения трехмерных массивов оптических модулей, расположив их ниже уровня засветки дневным светом (около 1 семь дней) а также еще глубже, дабы минимизировать засветку детекторов излучением, появляющимся при сотрудничестве мюонов, появившихся в воздухе под влиянием космических лучей, с водой.

Астрологи изучают процессы, происходящие во Вселенной на большом расстоянии от нас, способом наблюдений. На поверхности планеты и в космосе расположено множество обсерваторий, регистрирующих излучения в самых разных диапазонах — от радиоволн до высокоэнергетических гамма-лучей.

Но электромагнитное излучение, доходя до земных наблюдателей из просторов Вселенной, может поглощаться и искажаться. Но имеется частицы, каковые не поглощаются кроме того при распространении на большие расстояния. Это нейтрино.

Действительно, имеется и обратная сторона медали — именно поэтому же свойству нейтрино, слабо взаимодействующие с веществом, весьма сложно обнаруживать.

Чтобы зарегистрировать нейтрино и выяснить энергию этих частиц (дабы отличить отечественные «местные» солнечные нейтрино от их высокоэнергетических собратьев, каковые прилетели из глубокого космоса), требуются очень огромные объёмы и чувствительные инструменты взаимодействующего с нейтрино вещества.

К примеру, льда, как в сравнительно не так давно выстроенном на Антарктической станции Амундсен-Скотт нейтринном телескопе IceCube («Ледовый куб»). А в ближайщее время в глубинах Средиземного моря будет сооружен инструмент с говорящим заглавием KM3Net (KM3 Neutrino Telescope, «нейтринный телескоп количеством в кубический километр»), начиненный тысячами сверхчувствительных датчиков.

Под толщей вод

KM3Net строится не совсем с нуля. На данный момент Средиземное море гостеприимно предоставляет собственные глубины для проекта нейтринной астрономии ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch project) у берегов Тулона. Наровне с еще одним проектом NEMO (NEutrino Mediterranean Observatory), что практически стал прототипом кубокилометрового телескопа, ANTARES войдет в значительно более масштабный интернациональный проект KM3Net.

«KM3NeT — самый современный проект нейтринной астрономии, — говорит научный сотрудник отдела электромагнитных взаимодействий и процессов ядер атома НИИ Ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ Евгений Широков. — В разработке этого проекта принимают участие 40 университетов десяти государств-членов Евросоюза, и ожидается, что он вступит в строй в 2016—2017 годах, по окончании чего начнет регистрировать астрофизические нейтрино от далеких звезд, галактических ядер, сверхновых.

Средиземноморский нейтринный телескоп представляет собой вертикальное сооружение. В него входит комплект из 320 тросов длиной 900 м, каковые будут зафиксированы на дне при помощи якорей. Для поддержания тросов в вертикальном положении их оснастят поплавками.

Поперек тросов будут закреплены шестиметровые рамы с цифровыми оптическими модулями на финишах. Планируется расположить 20 таких этажей из рам, поделённых расстоянием в 40 м. Нижний этаж будет пребывать в ста метрах от морского дна. Толща воды сверху не менее двух километров защитит телескоп от солнечного света».

Открыть второй глаз

Для чего нужен средиземноморский телескоп, в случае если на Южном полюсе уже имеется подобный инструмент? Дело в том, что все нейтринные детекторы аналогичного типа, будь то подземные либо подводные, «наблюдают» не вверх, а вниз — через толщу планеты, которая делает роль «светофильтра», задерживающего все частицы, не считая нейтрино. Исходя из этого, как растолковывает Евгений Широков, глядя на Южном полюсе вниз, видите нейтрино, приходящие из северной полусферы: «Антарктический инструмент IceCube видит лишь половину небесной сферы.

Дабы видеть вторую половину, которая включает солидную часть Галактического диска, среди них и центр отечественной Галактики, нужен телескоп, расположенный в Северном полушарии планеты. Исходя из этого KM3NeT будет «дополнением» IceCube. Посредством этих двух телескопов возможно создать глобальную нейтринную обсерваторию, которая будет регистрировать нейтринные события, в какой бы части небесной сферы они ни происходили.

Но, данный проект станет вероятным только в 2018—2019 годах, а сперва нужно создать кубокилометровый телескоп в Северном полушарии».

Русские ученые принимают активное участие в этом проекте. В НИИЯФ МГУ разрабатывали прототипы фотоумножителей для нейтринного телескопа NEMO, что был проектом Национального университета ядерной физики Италии (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN). Оптические модули, в конструкцию которых входят фотоумножители, сейчас будут трудиться в составе детекторной конструкции KM3NeT.

Таких модулей в KM3NeT будет более 5000, приблизительно такое же количество оптических модулей насчитывает наибольшая на сегодня нейтринная обсерватория — антарктическая IceCube. А в ANTARES, что станет составной частью KM3NeT, — всего 500 штук, так что масштаб увеличится в 10−12 раз.

    Датчики нейтринного телескопа Для установки датчиков подводного нейтринного телескопа был создан особый сферический контейнер, в который особенным образом укладывался кабель с прикрепленными к нему оптическими модулями. Контейнер опускался на дно, а после этого по звуковому сигналу освобождался от якоря и начинал всплывать, разворачивая кабель. Всплывший на поверхность контейнер подбирали для повторного применения.

Живой свет

Цифровые оптические модули, создаваемые для проекта KM3Net, имеют очень высокую чувствительность. Как раз исходя из этого нейтринные обсерватории находятся на громадных глубинах подо льдом, под почвой либо под водой, каковые надежно экранируют детекторы от побочной засветки. «Но дело в том, что в морской воде кроме того на громадной глубине — 3−3,5 км — живет множество существ, каковые освещают собственный путь в темноте, — растолковывает Евгений Широков.

— Попросту говоря, они светятся, и их свечение имеет намного большую интенсивность, чем черенковское излучение, так что эта биолюминесценция формирует засветку детекторов, значительно мешая работе телескопа. Исходя из этого в задачу отечественной группы входило создание программы, которая имела возможность бы отсеивать посторонний сигнал биологического происхождения из данных, каковые мы приобретаем от телескопа. Этим занимался мой сотрудник Владимир Куликовский, что отрабатывал способ на детекторах телескопа ANTARES».

Услышать нейтрино

«Мы на данный момент начинаем заниматься очень занимательным, но малоизученным направлением — нейтринной гидроакустикой, — додаёт Евгений Широков. — Мысль содержится в том, дабы регистрировать нейтрино не посредством света, а посредством звукового сигнала, что появляется при сотрудничестве нейтрино с веществом в воде. Данный способ может дать нам большие преимущества, по причине того, что звуковой сигнал распространяется весьма на большом растоянии если сравнивать с черенковским излучением, на базе которого трудятся на данный момент все нейтринные детекторы.

Звуковой сигнал распространяется на многие километры, и если бы в будущем были созданы установки на базе нейтринной гидроакустики, то они имели возможность бы иметь количество не в кубические километры, а в много кубических километров. Эффективность нейтринных наблюдений наряду с этим возросла бы на порядки! Действительно, это достаточно непростая задача — пока не существует четкого понимания механизма, как частицы очень высоких энергий создают звуковой сигнал определенной формы.

Помимо этого, инструменты для аналогичного массового применения до тех пор пока весьма дороги. Но мы уже трудимся над этим».

Нейтринные глаза

Цифровые оптические модули для KM3NeT — сферы из прозрачного пластика диаметром 43 см, защищающие хрупкую начинку от давления столба морской воды в пара километров.

В каждом цифровом оптическом модуле имеется 31 фотоумножитель, и калибровочное оборудование: компас, датчики наклона для определения положения модуля в пространстве на глубине, гидроакустический пьезомикрофон для определения сигналов координат и приёма эхолота модуля, и миниатюрный светодиодный маяк, что может зажигаться по сигналу для калибровки чувствительности соседних модулей. В каждой сфере имеется два электронных модуля, несущих ответственность за сбор сигналов любой в собственной полусфере.

Собранная информация передается по оптоволоконному кабелю. Фотоумножители закреплены в двух трехмерных структурах, изготовленных способом 3D-печати: одна, в нижней полусфере, поддерживает 19 фотоумножителей и гидроакустический пьезомикрофон, вторая, в верхней — 12 фотоумножителей и светодиодный маяк. Совокупность охлаждения электроники смонтирована в верхней части сферы.

Герметичность обеспечивается прокладками, и по окончании сборки сфера дополнительно герметизируется снаружи посредством особой ленты.

Статья «Кубический километр науки» размещена в издании «Популярная механика» (№136, февраль 2014).

The Baikal Neutrino Telescope


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: