Ловцы нейтрино

Нобелевскую премию 2015 года по физике получили канадец Артур Макдональд и японец Такааки Кадзита за доказательство наличия массы у элементарных частиц — нейтрино. Нейтрино — частица-призрак. За секунду через каждого из нас проходит до триллиона этих частиц. У нас в стране "ловить" космические частицы будут в озере Байкал, где на глубине создается нейтринный телескоп. Информация, полученная от нейтрино, дает ученым ключ к новому пониманию эволюции Вселенной, позволяет заглянуть внутрь одного из самых трудных для изучения объектов – нашей планеты.

Крупнейшее озеро мира, Байкал. Здесь, на большой глубине, ученые ловят таинственные сигналы из далеких галактик. Байкальский нейтринный телескоп — проект международный. Над ним работают Институт ядерных исследований из Дубны, университеты Москвы, Иркутска, Нижнего Новгорода, ученые из Чехии, Венгрии, Словакии и Германии. А во главе проекта — астрофизики из Института ядерных исследований Российской академии наук.

"Мы его называем "нейтринный телескоп", но его также можно назвать "микроскоп", даже – "наноскоп", потому что, в отличие от астрономов, мы Вселенную изучаем по элементарным частицам", — говорит Ольга Суворова, старший научный сотрудник лаборатории нейтринной астрофизики высоких энергий ИЯИ РАН.

Нейтрино — частица-призрак. У нее нет заряда и ничтожно малая масса, скорость, близкая к скорости света, и очень слабое взаимодействие с окружающим веществом. За секунду через каждого из нас проходит до триллиона этих частиц."В природном потоке нейтрино заложена богатейшая информация о том, как развивалась Вселенная от самых-самых первых горячих мгновений до сегодняшнего дня", — комментирует Григорий Домогацкий, заведующий лабораторией нейтринной астрофизики высоких энергий ИЯИ РАН.

Главная трудность изучения нейтрино – их "неуловимость". Первые успешные результаты в "ловле" нейтрино появились полвека назад. Для этого ученым пришлось спуститься под Землю, чтобы использовать планету как своеобразный экран. В Приэльбрусье, внутри горы Андырчи, была создана Баксанская нейтринная обсерватория. Здесь, в толще земли, физику Владимиру Гаврину удалось поймать частицу-призрак.

"Они практически нас не чувствуют, и мы их не чувствуем, они проходят и уходят дальше в космос, но некоторым из них не повезло. Или, наоборот, очень повезло. Они встретили ядро галлия, не смогли пройти мимо и провзаимодействовали. В результате этого "романа" появилось ядро германия-71", — говорит Владимир Гаврин, руководитель лаборатории галлий-германиевого нейтринного телескопа, член-корреспондент РАН.

Сегодня, когда мир чествует новых Нобелевских лауреатов по физике и астрономии, фамилия российского ученого не упоминалась, хотя именно детекторы Баксанской обсерватории одни из первых зарегистрировали частицы, летящие от Солнца и вспышек сверхновых. Однако, чтобы "поймать" нейтрино более высоких энергий из дальнего космоса, надо было принять другое решение.

В качестве "мишени" для регистрации нейтрино советский академик Марков предложил использовать чистую воду природных водоемов.
"Нейтрино, проходя через большие объемы воды естественного водоема, способен в редких случаях родить какую-то заряженную частицу, и эта заряженная частица, двигаясь в воде, инициирует эффект черенковского излучения. Черенковское излучение – это свет от этой частицы, которая рождена нейтрино. Если вы научитесь в большом объеме воды наблюдать вспышки света, и сумеете их отличать от других вспышек этого света, от фона, который создается и биологическими причинами или заряженными космическими лучами, то вы тогда действительно сможете создать нейтринный телескоп", — говорит Григорий Домогацкий.

Первая очередь Байкальского нейтринного телескопа начала работать еще 20 лет назад. Она состояла из 192-х фотоумножителей, которые, как бусины, были нанизаны на стальные тросы в глубинах озера. Собирать такую конструкцию можно только зимой, когда Байкал покрыт толстым слоем льда.

"Телескоп обычно представляется в виде тубуса, трубы, около которой сидит человек и смотрит на звезды. Это совсем другая конфигурация, совсем другой принцип детектирования. Это большое количество датчиков, распределенное в естественной среде, в воде", — рассказывает Владимир Айнутдинов, старший научный сотрудник лаборатории нейтринной астрофизики высоких энергий ИЯИ РАН.

Сегодня идт сборка двух сотен таких приборов, которые планируют разместить подо льдом Байкала этой зимой. А к 2020 году астрофизики хотят довести площадь подводного телескопа до квадратного километра. Эти "подводные бусы"- первая очередь нового кластера нейтринного телескопа. Такая масштабная ловушка объясняется желанием ученых поймать даже крайне редкие частицы из далекого космоса.

Но главное, исследования нейтрино позволяют заглянуть внутрь одного из самых трудных для изучения объектов — нашей планеты.
"Так же, как когда-то рентгеновское излучение, насквозь просвечивает человека, используется в медицине, так же и нейтрино, насквозь просвечивая Землю, может дать нам картину, как устроена Земля", — говорит Ольга Суворова.

Информация, полученная от нейтрино, дает ученым ключ к изучению ранних этапов эволюции Вселенной, процессам формирования химических элементов и даже "темной материи".