Нейтринные вести с Байкала. День Двенадцатый.
Фактически, в эту экспедицию не только ставят два новых кластера за раз, но и почти полностью перебирают предыдущие три, ремонтируя вышедшее из строя оборудование. Чтобы осознать какой произошел рывок в технологии сборки нейтринного телескопа, надо вспомнить историю.
Глубоководные нейтринные телескопы начинают свою историю с 1960 года, когда Моисей Александрович Марков, в то время работавший в ОИЯИ, предложил идею детектирования нейтрино при помощи естественных водоемов.
Большая толща воды защищает нейтринный детектор от космических лучей, постоянно падающих на Землю. Нейтрино, столкнувшись с каким-нибудь ядром молекулы воды, порождает заряженные частицы, двигающиеся быстрее света в воде.
Мы же с вами помним, что свет в воде замедляется на 25%, по сравнению с вакуумом. А мюону хоть бы хны. Он шпарит со скоростью, очень близкой к скорости света в вакууме, если энергия мюона много больше его массы. В результате, в воде возникает ударная волна как от сверхзвукового самолета в воздухе. Только в воде это не звуковая волна, а волна света. Такое излучение называется излучением Вавилова-Черенкова по именам советских физиков, его впервые экспериментально обнаруживших.
В 1958 году Черенков, Тамм и Франк получили за открытие и объяснение этого явления Нобелевскую премию. А уже в 1960 году М.А. Марков предложил использовать черенковский свет для регистрации нейтрино.
Эта идея сразу понравилась мировому физическому сообществу, но человечество еще не было готово к тому, чтобы сделать большой водоем детектором частиц. Прошло шестнадцать лет и физики попробовали сделать эксперимент под названием DUMAND (Deep Underwater Muon And Neutrino Detector Project) около Гавайских островов.
Этот эксперимент не увенчался успехом. Физики не смогли поставить стринг с оптическими модулями на дно. На бумаге это сделать не трудно, а в океане трудно. Отрицательный опыт часто полезнее положительного. Стало понятно, что нужно решить массу технических проблем прежде, чем браться за дело. И понятно каких проблем.
Байкальский нейтринный телескоп начал свою историю через двадцать лет после предложения М. А. Маркова. И снова это было предложение Маркова (и Чудакова) - построить такой телескоп в озере Байкал. М. А. Марков предложил тогда молодому ученому Г. В. Домогацкому (ему не было сорока) возглавить этот проект. Г. В. Домогацкий согласился и, с тех пор руководит этим проектом без малого 40 лет.
Первые десять лет ушли на изучение воды и дна в озере Байкал. В девяностых годах прошлого века первые версии нейтринного телескопа в Байкале были построены. Сделано это было впервые в мире! Вот пара исторических фотографий.
На фото слева направо Кристиан Шпиринг и Г. В. Домогацкий на озере Байкал | ИЯИВ 1993 году на Байкале вступил в строй нейтринный телескоп с 36 оптическими модулями, в 1996 установка содержала уже 96 оптических модуля, в 1998 году их стало 192, а в 2005 году - 228. Для примера: сегодня один кластер содержит 288 оптических модуля.
Именно в Байкале первыми среди нейтринных телескопов зарегистрировали атмосферные нейтрино. Эти работы показали, что идея Маркова работает и физики стали строить и другие нейтринные телескопы.
На южном полюсе был сделан сначала нейтринный телескоп AMANDA, а затем IceCube. Последнему удалось сделать важнейшее открытие - кроме атмосферных нейтрино, рождающихся в атмосфере Земли в результате ее бомбардировки космическими протонами и другими ядрами, есть нейтрино, летящие откуда-то из глубин космоса. Возможно, они родились в результате катастрофических процессов миллиарды лет назад! И все эти годы нейтрино летели к нам, чтобы попасть в установку и дать мощную вспышку света. Как же много эта вспышка может рассказать ученым о том, что происходило во Вселенной 4-5 миллиардов лет назад!
В связи с открытием в эксперименте IceCube началась новая эпоха в истории Байкальского нейтринного телескопа. Стало понятно, что в байкальской воде с ее уникальными свойствами можно видеть с хорошим разрешением те части Вселенной, откуда летят к нам нейтрино. Во льду на южном полюсе это сделать так же хорошо нельзя из-за того, что свет сильно перерассеивается, теряя информацию о своем первоначальном направлении. Это хорошо видно на этой фотографии Солнца через льдину. Попробуй-ка определить направление на Солнце по почти равномерному свечению глыбы льда.
Новый этап в истории Байкальского нейтринного телескопа связан с ОИЯИ. Астрофизические нейтрино сверхвысоких энергий, открытые на Южном полюсе Земли, распахивают двери новой науке - нейтринной астрономии. Байкал с его сверхчистой водой, почти не искажающей направление света, может стать решающим экспериментом в этой зарождающейся науке.
Дирекция ОИЯИ одобрила строительство объемом порядка кубического километра в воде озера Байкал и совместная работа многих институтов закипела со все возрастающей скоростью.
В 2015 году был введен в строй первый кластер «Дубна». Но не полностью. Вместо 36 оптических модулей, которые полагаются по проекту на каждый стринг, за сезон успели повесить только 24. В 2016 году «Дубну» достроили до конца. В 2017 поставили второй, а в 2018 третий кластеры.
Уже в 2018 году произошло знаменательное событие - Байкальский нейтринный телескоп стал самым большим нейтринным телескопом в Северном полушарии, обогнав другие проекты - европейские KM3NET и Antares в Средиземном море. Больше нашего телескопа пока только IceCube на южном полюсе.
И вот наступил 2019 год. За прошедшие какие-то четыре года произошел серьезный прогресс во всех элементах телескопа. Каждый год технология сборки улучшалась, надежность всех элементов росла. И теперь за один сезон делается больше, чем до этого делали 4 сезона подряд!
К сегодняшнему дню стоят все пять кластеров и они ожесточенно тестируются. Остались до конца экспедиции считанные дни. Но несмотря на злые ветры, то «Горняк», то «Баргузин», наши парни нацелены побороть все проблемы, чтобы все работало как часы.
Иногда для этого уже собранные стринги приходится по несколько раз разбирать, бороться с браком, который никак себя не проявлял до этого в тестах в лаборатории и только с длинными кабелями и в реальной обстановке вдруг проявился. Брак устраняют, чему способствует отличная новая ремонтная «база» с большим количеством запасных элементов. Снова собирают стринг, тестируют и так далее. Хуже этого нет - все уже сделано, а ты опять разбираешь и ищешь, что это вдруг какой-то канал отвалился.
Но что делать? Все должно работать и выдержать даже прямое попадание атомной бомбы. Обратите внимание на новенький мобильный центр управления телескопом. Двери там тяжеленные, 20-25 см толщиной. Он полностью автономный. В нем легко можно пережить зиму. Причем ядерную. Есть свой источник питания. Если бросить мобильный центр в Байкал, он спокойно встанет на дно и продолжит работу вместе со своими сотрудниками (скоро протестируем, только тссс!). Они, ничего не заметив, продолжат сушить сапоги и анализировать поступающие данные. Все сделано по максимуму. Даже сосед Растислава - в реальной жизни Максим - тут «Максимум». Это все не просто так. Нейтринное излучение.
Смотрите видео.
Пока я описывал двенадцатый день, прошло еще два дня. Что же мы имеем? Свершилось! Два новых кластера за сезон поставлены и все тестовые испытания пройдены. Кабели проложены. Идет уборка ледового лагеря и последние тесты.
Мы очень рады, что в наших рядах есть ученые, инженеры, рабочие разных специальностей - слесари, сварщики, водители, повара. Все уникальные. Все настроенны на результат. Из Германии, Польши, России, Словакии, Чехии. Мы надеемся этот список будет только расти.
Посмотрите на ролике-анимации как строится наш телескоп и как строительство ускоряется. В конце ролика вы увидите флаги городов - Дубны, Москвы, Праги, Кракова и Братиславы, стоящие над кластерами. В коллаборации Байкал сейчас обсуждается идея дать новым кластерам имена по названиям городов, из которых ученые вносят свой вклад в строительство нейтринного телескопа.
Создатель анимации - Семен Гурский (ЛЯП ОИЯИ).
