Под ледената повърхност на най-дълбокото езеро в света, Байкал, се крие едно от най-амбициозните и уникални научни съоръжения в Русия и света, неутринният телескоп Байкал-GVD (Gigaton Volume Detector). Това е подводна обсерватория, предназначена за засичане на изключително слабо взаимодействащи елементарни частици – неутрино. Разположено в дълбините на езерото, съоръжението съчетава модерни технологии и естествените предимства на Байкал, за да „надникне“ в най-енергичните и мистериозни процеси във Вселената.
Какво представляват неутрината
Неутрината са елементарни частици без електрически заряд и с много малка маса. Те почти не взаимодействат с материята. Милиарди неутрино преминават през тялото ни всяка секунда, без да ги усетим. Това прави тяхното засичане изключително трудно. За целта са необходими огромни обеми прозрачен материал (вода или лед) и чувствителни детектори, които да регистрират редките взаимодействия на неутрино с атомите.
Конструкция на детекторите под Байкал
Неутринният телескоп Байкал-GVD се състои от множество вертикални линии, наречени „стрингове“, всяка от които е оборудвана със сферични модули, съдържащи фотомножители. Тези фотомножители са изключително чувствителни оптични сензори, които регистрират светлинни проблясъци – Черенковско лъчение, възникващо, когато заредени частици, произведени при взаимодействие на неутрино, се движат във водата по-бързо от скоростта на светлината в нея. Структурите са потопени на дълбочина между 750 и 1300 метра, където водата е изключително прозрачна и тъмна. Всеки „стринг“ съдържа десетки модули, разположени на определени интервали. Проектът е замислен така, че в завършен вид да покрива обем от порядъка на един кубически километър вода.
Защо точно езерото Байкал?
Байкал предлага няколко уникални предимства. Водата му е чиста и прозрачна и е перфектна за регистриране на слаби светлинни сигнали. Голямата дълбочина защитава от фоновата светлина и космическите лъчи. А естествената ледена покривка през зимата улеснява монтажните и обслужващи дейности, тъй като тежката техника може да бъде разположена върху леда. Другото предимство е, че отдалеченост от промишлени източници на шум минимизира електромагнитните и оптични смущения.
Цели и приложения
Детекторите под Байкал имат няколко ключови научни задачи. Те изследват космическите неутрино. Неутрината, идващи от далечни астрофизични източници като свръхнови, активни галактически ядра и гама-избухвания, носят информация за процеси, които иначе са недостъпни за директно наблюдение.
Детекторите търсят тъмна материя. Ако частиците на тъмната материя взаимодействат с обикновената материя, те могат да генерират неутрино и детекторът може да помогне в тези търсения.
Анализът на неутрино, произведени в атмосферата от космически лъчи, помага за по-добро разбиране на свойствата на тези частици и на взаимодействията им. Байкал-GVD е част от глобалната мрежа за наблюдение на високоенергийни космически събития, заедно с обсерватории като IceCube в Антарктика.
Откриването и изучаването на неутрино дава възможност да се „надникне“ в най-екстремните среди във Вселената. За разлика от фотоните, които могат да бъдат погълнати или отклонени, неутрината пътуват почти безпрепятствено през космическите разстояния, запазвайки информация за източника си. Това прави Байкал-GVD своеобразен „телескоп“, който гледа дълбоко в космоса, но използва водата като основен елемент на оптиката.
Детекторите под езерото Байкал са уникална комбинация от естествени условия и съвременна технология. Те са насочени към едно от най-големите предизвикателства във физиката, а именно откриването и изучаването на неутрино. С всяка нова регистрирана частица учените получават ценни данни, които могат да помогнат за разгадаването на тайната на тъмната материя, произхода на космическите лъчи и природата на най-мощните процеси във Вселената.