В эксперименте JUNO начался набор данных
В КНР, в 150 километрах к западу от Гонконга, завершено строительство подземной нейтринной обсерватории Цзянмэнь (Jiangmen Underground Neutrino Observatory, JUNO). Это крупнейший в мире эксперимент такого типа и первый среди нового поколения, вышедший на этап набора данных. Экспериментальный зал установки JUNO защищают от космических мюонов 700 метров горных пород. Детектор, наполненный 20 тысячами тонн жидкого сцинтиллятора, использует 20 тысяч двадцатидюймовых и около 25 тысяч трехдюймовых фотоумножителей для регистрации взаимодействий антинейтрино, излучаемых мощным реакторным комплексом. Среднее расстояние между реакторами и детектором JUNO порядка 53 км, что обеспечивает максимальную чувствительность эксперимента к определению иерархии масс нейтрино — ключевой задаче коллаборации. При участии более чем 700 ученых из 17 стран JUNO также будет исследовать нейтрино от сверхновых, Солнца и Земли, открывая новые горизонты для фундаментальной физики.
Подземная нейтринная обсерватория в Цзянмыне (JUNO) 26 августа 2025 года успешно завершила заполнение центрального детектора двадцатью тысячами тонн жидкого сцинтиллятора и приступила к набору физических данных. Предварительный технический набор данных показал, что ключевые характеристики работы детектора соответствуют проектным ожиданиям или превосходят их. Это позволит JUNO ответить на один из важнейших вопросов современной физики частиц — определить порядок масс нейтрино: тяжелее ли третье состояние (ν₃), чем второе (ν₂).
Профессор Ифан Ван, исследователь Института физики высоких энергий (IHEP) Китайской академии наук и руководитель JUNO, отметил: «Завершение заполнения детектора JUNO и начало сбора данных — это историческая веха. Впервые в мире заработал детектор такого масштаба и такой точности, специально предназначенный для изучения нейтрино. JUNO позволит нам ответить на фундаментальные вопросы о природе материи и Вселенной».
В отличие от других экспериментов, в JUNO определение порядка масс нейтрино не опирается на эффекты их распространения в веществе Земли и в значительной мере свободно от связанных с ними неопределенностей. Кроме того, JUNO более чем в десять раз повысит точность определения фундаментальных параметров лептонного сектора Стандартной модели и станет ключевым инструментом в исследованиях нейтрино от сверхновых, Солнца и Земли, а также в поисках стерильных нейтрино и распада протона.
Главный инженер JUNO, доктор Сяоянь Ма, отметила: «Строительство JUNO оказалось чрезвычайно сложной задачей. Оно потребовало не только новых идей и технологий, но и многих лет тщательного планирования, тестирования и настойчивости. Строгие требования по чистоте, стабильности и безопасности удалось выполнить благодаря самоотверженной работе сотен инженеров и техников. Их командная работа и преданность делу превратили смелый проект в действующий детектор, готовый открыть новое окно в мир нейтрино».
JUNO рассчитан на научную эксплуатацию сроком до 30 лет с возможностью модернизации до ведущего в мире эксперимента по поиску безнейтринного двойного бета-распада. Такая модернизация позволит исследовать абсолютную шкалу масс нейтрино и проверить, относятся ли нейтрино к частицам Майораны. Это затрагивает фундаментальные вопросы на стыке физики частиц, астрофизики и космологии, и может радикально изменить наше понимание Вселенной.
«Достигнутое нами сегодня выдающееся событие стало возможным благодаря плодотворному международному сотрудничеству, в которое внесли вклад многие исследовательские группы за пределами Китая, привнеся в JUNO свой опыт, накопленный в предыдущих экспериментах с жидким сцинтиллятором. Мировое сообщество специалистов по жидким сцинтилляторам довело эту технологию до ее пределов, открыв путь к амбициозным физическим целям эксперимента», — отметил профессор Джоаккино Рануччи, заместитель руководителя JUNO и профессор Миланского университета и INFN-Милан.
«Фотоумножители — это глаза детектора. В JUNO используются ФЭУ с рекордной чувствительностью к регистрации света. Сотрудники ОИЯИ разработали и применили уникальную методику их исследования и тестирования. Наши сотрудники разработали и ввели в эксплуатацию системы питания для больших и малых ФЭУ, мюонный вето-детектор, внесли значительный вклад в разработку и создание детектора TAO и в сборку многих других систем эксперимента - говорит к.ф.-м.н. Николай Владимирович Анфимов, заместитель руководителя проекта JUNO в ОИЯИ.
«Мы также создали в Дубне вычислительный центр для хранения данных, их моделирования, реконструкции и анализа. Наша группа активно участвует в анализе экспериментальных данных JUNO. Сейчас все силы направлены на исследование осцилляций реакторных антинейтрино, регистрируемых в нашем детекторе», — добавил к.ф.-м.н. Максим Олегович Гончар, заместитель руководителя проекта JUNO в ОИЯИ.
Д.ф.-м.н. Дмитрий Вадимович Наумов, руководитель проекта JUNO в ОИЯИ, отметил: «JUNO — результат настоящих международных усилий, и ОИЯИ участвует в проекте с самого начала. Наша команда внесла вклад во многие ключевые элементы. Кроме нашего института в проекте активно участвуют ещё две группы из России — НИИЯФ МГУ и ИЯИ РАН. Работать бок о бок с коллегами в Китае и по всему миру было и вызовом, и честью. Приятно видеть, что эти усилия воплотились в детекторе, который будет служить мировой науке десятилетиями».
Справка
Эксперимент был предложен в 2008 году и получил поддержку Китайской академии наук и провинции Гуандун в 2013 году. Строительство подземной лаборатории началось в 2015 году. Монтаж детектора стартовал в декабре 2021 года и завершился в декабре 2024 года, после чего начался поэтапный процесс заполнения. За 45 дней команда залила 60 тысяч тонн ультрачистой воды, удерживая разницу уровней жидкости внутри и снаружи акриловой сферы в пределах нескольких сантиметров и поддерживая точность расхода жидкости лучше 0,5%, что обеспечило структурную целостность детектора. В течение следующих шести месяцев акриловая сфера диаметром 35,4 метра, была заполнена 20 тысячами тонн жидкого сцинтиллятора при одновременном вытеснении воды. При этом были удовлетворены строгие требования к уровню чистоты и прозрачности и исключительно низкому уровню радиоактивности воды и сцинтиллятора. Параллельно велись работы по отладке, вводу в эксплуатацию и оптимизации детектора, что позволило сразу перейти к полноценной работе по завершении заполнения. Акриловую сферу с жидким сцинтиллятором просматривают 20 тысяч 20-дюймовых и более 25-и тысяч 3-дюймовых фотоумножителей. Все фотоумножители работают одновременно, регистрируя сцинтилляционный свет от взаимодействий нейтрино и преобразуя его в электрические сигналы. Акриловая сфера вместе со считывающей электроникой, кабелями и катушками для компенсации магнитного поля поддерживается каркасом из нержавеющей стали.
Фото предоставлены коллаборацией JUNO
Новости науки
