Китай построит крупнейший в мире подводный телескоп для охоты за «призрачными частицами»
Новый глубоководный нейтринный телескоп будет в 10 тысяч раз чувствительнее крупнейшей на сегодня нейтринной обсерватории IceCube, расположенной в Антарктике на станции Амундсен-Скотт.
Космические лучи — потоки заряженных частиц, часть из которых — с очень высокими скоростями и энергиями. Они приходят из космического пространства и постоянно бомбардируют атмосферу Земли со всех сторон. Спустя более чем 100 лет после их открытия австрийским физиком Виктором Гессом (за это он получил Нобелевскую премию в 1936 году) ученые до сих пор не могут окончательно объяснить их природу. Неизвестно, как и где наиболее высокоэнергетические из этих частиц получают столь огромные энергии.
Но физики уверены, что космические лучи несут высокоэнергетические нейтрино (в переводе с итальянского — «нейтрончик») — мельчайшие элементарные частицы, которые не меняют направления своего движения, не распадаются и не поглощаются межзвездной средой. Они могут проходить сквозь земную атмосферу и Землю, не реагируют на магнитное поле.
Космические лучи в основном состоят из протонов. Когда протоны сталкиваются с ядрами атомов, например во время взаимодействия лучей с активными ядрами галактик, окрестностями черных дыр, пульсарами, рождаются мезоны. В результате распада мезонов возникают космические нейтрино высоких энергий. Кроме того, еще один тип нейтрино может появляться во время попадания космических лучей в атмосферу нашей планеты. Столкновения протонов с атомами воздуха рождает заряженные пионы, которые распадаются среди прочего на высокоэнергетичные мюонные нейтрино.
У нейтрино нет заряда, но есть небольшая масса, которая не превышает 0,8 электронвольта. Для сравнения, масса электрона — 511 тысяч электронвольт. Для «нейтрончика» как будто не существует преград: они легко проникают сквозь предметы, людей и планету. Помимо этого, нейтрино практически не взаимодействуют с веществом, а значит, такие частицы довольно сложно «поймать». Вот почему их называют «призрачными».
Несколько десятилетий назад ученые обнаружили, что когда нейтрино проходят сквозь Землю, они могут слабо взаимодействовать с молекулами воды и на больших глубинах создавать «побочные продукты» — потоки мюонов, которые испускают черенковское излучение в виде голубого свечения под строго определенным углом. Изучая эти «вспышки», физики могут определить направление движения мюона и его энергию, а значит, и источник нейтрино.
Именно для этих целей исследователи строят телескопы либо под водой, либо под землей, но с огромными резервуарами воды. Большой объем воды позволяет увеличить пространство, через которое может пройти нейтрино. Она должна быть чистой, чтобы исключить примеси, которые способны повлиять на процесс пролета нейтрино и его регистрацию. Обычно такие системы представляют собой детекторы — пространственные решетки фотоумножителей, позволяющие регистрировать черенковский свет.
Отметим, что нейтрино могут рождаться не только вблизи массивных черных дыр, во время взрывов сверхновых, в активных ядрах галактик, но и в недрах Солнца, Земли, в атмосфере, даже в ядерных реакторах. Ученых зачастую интересуют именно космические нейтрино, то есть нейтрино сверхвысоких энергий, потому что они несут информацию о далеких астрономических объектах.
Чтобы выделить из этих потоков мельчайших элементарных частиц космические нейтрино, необходимы огромные детекторы, в которых в качестве «рабочего материала» выступают большие объемы воды или льда. Самый крупный на сегодня нейтринный телескоп — IceCube, представляющий собой массив оптических детекторов, встроенных в толщу антарктического льда. Его запустили в 2010 году, рабочий объем составляет один кубический километр. За время работы IceCube обнаружил нейтрино сверхвысоких энергий (вероятно, они возникли за пределами Солнечной системы), а также позволил создать первую нейтринную карту Млечного Пути.
Еще одна крупная установка находится в России, в озере Байкал, — Baikal-GVD. Она начала работать в 2021 году и, в отличие от IceCube, расположена на глубине, но рабочий объем немного меньше.
На днях стало известно, что свой глубоководный нейтринный телескоп нового поколения собирается построить Китай. Об этом рассказали китайские ученые из Шанхайского университета Цзяо Тун. Работа с описанием телескопа опубликована в журнале Nature Astronomy.
Для установки, которую назвали Trident, уже выбрали место — Южно-Китайское море, не так уж далеко от экватора (в 540 километрах к югу от Гонконга). Телескоп разместят на плоском морском дне на глубине 3,5 километра.
«Поскольку наша система будет находиться недалеко от экватора, при вращении Земли она сможет улавливать нейтрино со всех сторон. Это позволит нам вести наблюдения без каких-либо слепых зон», — пояснил руководитель проекта Цзин Ипэн.
Китайская установка будет состоять более чем из 24 тысяч оптических датчиков (у IceCube их около пяти тысяч), расположенных в 1211 вертикальных «струнах», каждая длиной 700 метров. Эти датчики будут регистрировать черенковский свет, испускаемый мюонами, возникающими при столкновении нейтрино и атомов водорода или кислорода в молекулах воды.
Trident разместят в виде мозаики Пенроуза. Рабочий объем телескопа составит примерно 7,5 кубического километра, он будет сканировать морскую воду в поисках следов взаимодействий нейтрино сверхвысоких энергий. Trident будет в 10 тысяч раз чувствительнее системы IceCube. Срок службы установки рассчитан на 20 лет, а построят ее к 2030 году. К слову, работы по строительству глубоководного нейтринного телескопа уже начались.
По мнению авторов проекта, Trident поможет решить вековую загадку происхождения космических лучей, проверить пространственно-временные симметрии, найти квантовую гравитацию и косвенно обнаружить темную материю.
Telegram 
Дзен 
VK Американские исследователи впервые смогли напрямую увидеть «квантовый скачок» звука — скачкообразный переход фонона, минимальной единицы звуковой энергии, между энергетическими уровнями в реальном времени. Это наблюдение завершило столетнюю историю поисков, начатую еще на заре квантовой физики, и открыло дорогу к созданию устойчивых квантовых компьютеров и сверхчувствительных датчиков.
Всего 20-30 лет назад большинство женщин ходили на каблуках, а большинство мужчин — в обуви, подошва которой серьезно нагружала позвоночник и мышцы спины. Если задуматься, факт поразительный: 20 тысяч лет назад, в палеолите, таких проблем человечество вообще не испытывало. Как так получилось и что новые материалы делают, чтобы все эти сложности стали прошлым?
Человеческий мозг оказался двумя разными органами, которые объединились в процессе эволюции сотни миллионов лет назад. Исследователи доказали, что передняя и задняя части мозга формируются из совершенно разных стволовых клеток. Это открытие опровергло давнюю научную теорию и позволило впервые вырастить нейроны ствола мозга в лаборатории.
Анализ данных о почти 300 тысячах километров римских дорог, проложенных по территории бывшей империи, показал, что они вовсе не были такими прямыми, как принято считать. Кроме того, выяснилось, что известная поговорка «Все дороги ведут в Рим» тоже не соответствует истине.
Европейское космическое агентство опубликовало снимок галактики NGC 4698, расположенной в созвездии Дева. Хотя на фотографии, сделанной телескопом «Хаббл», галактика кажется безмятежной, она хранит удивительную тайну: находящиеся в центре звезды и газ вращаются под прямым углом по отношению к остальной части диска.
Всего 20-30 лет назад большинство женщин ходили на каблуках, а большинство мужчин — в обуви, подошва которой серьезно нагружала позвоночник и мышцы спины. Если задуматься, факт поразительный: 20 тысяч лет назад, в палеолите, таких проблем человечество вообще не испытывало. Как так получилось и что новые материалы делают, чтобы все эти сложности стали прошлым?
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно