Ловец нейтрино: на Байкале запустили глубоководный телескоп

13 марта на озере Байкал запустили самый большой в Северном полушарии глубоководный нейтринный телескоп Baikal-GVD (Baikal Gigaton Volume Detector). Он поможет ученым обнаружить источники нейтрино сверхвысоких энергий и исследовать эволюции галактик и Вселенной.

В торжественном запуске приняли участие министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков и директор Объединенного института ядерных исследований академик Григорий Трубников. За день до этого на льду озера Байкал они подписали меморандум о совместном развитии Байкальского глубоководного нейтринного телескопа.

«Меморандум определяет целевую программу и основную архитектуру развития Байкальского нейтринного телескопа лет на 15-20 вперед. Это целеполагание, принципы, на которых взаимодействует Минобрнауки России и подведомственные ему организации с ОИЯИ и другими международными организациями партнерами проекта. Думаю, это локомотив большого состава-поезда международного проекта “Байкальский нейтринный телескоп”. Сейчас в проекте участвуют пять стран – РФ, Польша, Словакия, Чехия и Германия. Подписание Меморандума открывает для других зарубежных партнеров возможность присоединения к международной коллаборации», – пояснил директор Объединенного института ядерных исследований, академик РАН Григорий Трубников.

Нейтрино – это легкие элементарные частицы, которые в больших количествах создаются в космических процессах, а также ядерными реакторами и ускорителями частиц. Нейтрино очень слабо взаимодействуют с веществом. Благодаря этому частицы без существенных изменений могут долетать до Земли из недр галактик и давать ученым информацию о том, что происходило во Вселенной миллионы лет назад.

«Задача нейтринного телескопа – исследовать сигналы от высокоэнергичных нейтрино, прилетающих к нам из космоса, из недр рождающихся или умирающих галактик и различных экзотических звездных объектов. Эти нейтрино несут бесценную информацию об объектах, которые их рождают, проливая свет на загадки возникновения и эволюции нашей Вселенной», – рассказал академик Трубников.

В мире существует всего несколько нейтринных телескопов: в Антарктиде, Средиземном море, Китае и Японии. Самый крупный из них — IceCube, располагающийся в Антарктиде — имеет эффективный объем равный почти половине кубического километра. Телескоп измеряет пронизывающие Землю потоки нейтрино, влетающие из космоса со стороны Северного полюса и выходящие в районе Южного полюса.

Baikal-GVD исследует потоки нейтрино, пронизывающие Землю с Южного полюса и выходящие в Северном полушарии, в районе Байкала. Таким образом, антарктический и байкальский телескопы будут создавать полную объемную картину потоков сверхэнергичных частиц.

Телескоп расположен на расстоянии 3,5 км от берега на глубине 750–1300 метров в Южной котловине озера Байкал. Самая крупная структурная единица Baikal-GVD – это кластер. Сейчас он имеет семь кластеров, находящихся на расстоянии 300 метров друг от друга. Каждый кластер состоит из восьми вертикальных гирлянд, на которых висят регистрирующие нейтрино стеклянные оптические модули – по 36 модулей на каждой гирлянде. Кластеры соединены оптоэлектрическим кабелем с береговым центром, где в небольших деревянных домиках ученые ведут круглосуточный контроль за работой телескопа.

По проекту объем готовой установки на озере Байкал должен составить порядка одного кубического километра. Ожидается, что эффективный объем Байкальского нейтринного телескопа с введением в строй восьмого кластера сравняется с IceCube уже в этом году.

Сооружение телескопа производится силами международной коллаборации под руководством исследователей из ИЯИ РАН и ОИЯИ. В команду входят инженеры из российских научных центров (ИГУ, НГТУ), а также ученые из Чехии, Польши и Словакии. Установка глубоководного телескопа началась в 2015 году: был размещен первый кластер. Однако его история началась гораздо раньше — в 1987 году, когда в Институте ядерных исследований в лаборатории нейтринной астрофизики высоких энергий была поставлена гирлянда детекторов, на которой были получены первые физические результаты.

«Мы сами делали стеклянные модули, и вся электроника и кабельное хозяйство было наше, западного ничего не было. В 1994-м году было зарегистрировано первое подводное нейтрино. Наладилась регистрация нейтрино, пошло измерение потоков. И в течение второй половины 90-х и начала 2000-х годов два детектора — BAIKAL-GVD и AMANDA на Южном — получали результаты от падающего на Землю диффузного потока нейтрино высоких энергий», – вспоминает руководитель проекта BAIKAL-GVD, доктор физико-математических наук Григорий Домогацкий.

Озеро Байкал неспроста было выбрано для установки нейтринного телескопа. Во-первых, чтобы «поймать» нейтрино нужен большой объем прозрачного вещества, с которым частицы взаимодействуют. Во-вторых, воды Байкала защитят аппарат от фоновых процессов. В-третьих, толщина льда, которым озеро покрыто в течение февраля и марта, позволяет сооружать телескоп со льда, что упрощает монтаж новых детекторов. Кроме всего прочего, телескоп станет элементом мониторинга экосистемы Байкала.

«Одна из приоритетных задач Года науки и технологий в России – привлечение молодежи в исследовательскую деятельность, а также — развитие в российских регионах науки, технологий и высшего образования. Здесь, на Байкале, в уникальном месте, развивается наука мирового уровня – наши лучшие научные институты, университеты, в том числе и региональные, объединили усилия в проекте Байкальский глубоководный нейтринный телескоп», — отметил Валерий Фальков на торжественной церемонии запуска.