• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
18.10.2023
Игорь Байдов
11
40 172

Китай построит крупнейший в мире подводный телескоп для охоты за «призрачными частицами»

5.0

Новый глубоководный нейтринный телескоп будет в 10 тысяч раз чувствительнее крупнейшей на сегодня нейтринной обсерватории IceCube, расположенной в Антарктике на станции Амундсен-Скотт.

Super-Kamiokande
Японский нейтринный детектор Super-Kamiokande / © The University of Tokyo

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.

Нейтринная обсерватория IceCube
Нейтринная обсерватория IceCube, построенная на антарктической станции Амундсен-Скотт / © Wikimedia

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.

Trident
Работы над проектом Trident уже начались. Ожидается, что первый этап строительства завершится к 2026 году / © Shanghai Jiao Tong University

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 17:01
Андрей

Международная группа геологов выяснила, когда начал отступать антарктический ледник Туэйтса, который называют «ледником Судного дня».

Позавчера, 15:05
Ольга Иванова

Немецкие ученые изучили Danionella cerebrum — небольшой вид рыб длиной около 12 миллиметров. И выяснили, как эта крошка способна издавать звуки более 140 децибел.

Вчера, 19:13
Юлия Трепалина

Микро- и нанопластик находят повсюду: в почве, воде и воздухе. Ранее исследователи предложили немало оригинальных вариантов удаления этих вездесущих частиц, но недавно выяснилось, что одним эффективным методом очистки от них питьевой воды люди пользуются с древних времен.

Позавчера, 17:01
Андрей

Международная группа геологов выяснила, когда начал отступать антарктический ледник Туэйтса, который называют «ледником Судного дня».

Позавчера, 15:05
Ольга Иванова

Немецкие ученые изучили Danionella cerebrum — небольшой вид рыб длиной около 12 миллиметров. И выяснили, как эта крошка способна издавать звуки более 140 децибел.

26 февраля
Дарья Губина

В 2022 году зонд DART столкнулся с Диморфом, спутником астероида Дидим. Ученые хотели проверить, можно ли сбить с траектории небольшое, но потенциально опасное для нашей жизни космическое тело. Оказалось, DART не только изменил орбиту маленького объекта, но и полностью его «переворошил».

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

15 февраля
Дарья Губина

Титан — самый органически богатый спутник с глобальным океаном в Солнечной системе. И все же, сопоставив строение его поверхности с интенсивностью падения метеоритов, ученые пришли к выводу, что в океане спутника Сатурна вряд ли хватает элементов для жизни.

22 февраля
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

[miniorange_social_login]

Комментарии

11 Комментариев

Jonathan Black
01.12.2023
-
0
+
Хорошо, что у нас есть Baikal-GVD
Yuri Kudryavtsev
19.10.2023
-
0
+
Комментарий удален пользователем или модератором...
Андрей
19.10.2023
-
0
+
Электронвольт уже стал единицей массы, а не энергии? "...масса, которая не превышает 0,8 электронвольта. Для сравнения, масса электрона — 511 тысяч электронвольт."
    Valentin
    19.10.2023
    -
    0
    +
    ЭЛЕКТРОНВОЛЬТ — внесистемная единица энергии, применяется для измерения энергии и массы микрочастиц. Там же ссылка есть, стоит на 0.8. Все написано
    +
      ещё комментарии
      Андрей
      19.10.2023
      -
      0
      +
      По смыслу закавыченной цитаты из статьи - "...масса, которая не превышает 0,8 электронвольта..." в русском языке понимается именно как: "электронвольт является единицей измерения массы", тем более, в контексте дальнейшей цитаты - "...масса электрона - 511 тысяч электронвольт". Что и вызвало у меня удивление:).У меня не к тексту исследования вопрос, а к переводу оного на "язык родных осин".
        Иван
        19.10.2023
        -
        0
        +
        Полно ссылок где именно масса нейтрино измеряется в электронвольтах. Хотя вот есть и в килограммах если так больше нравится ))https://naked-science.ru/article/physics/vpervye-izmerena-massa-neytrino
          Андрей
          20.10.2023
          -
          0
          +
          Да, больше нравится в единицах массы, а не энергии. Я не журналист, чтобы переводом "lighte" насиловать учёного по "теме" - количество вещества. Если Вам удобнее так, то исполать. Энергию будем измерять в килограммах, вещество - в вольтах, а на уровне того самого "котэ", в электронвольтах. Тогда, всё же вопрос, речь идёт о массе вещества (частицы), или об энергии частицы, поля. Массу можно выразить через энергию (как и обратно), но, пардон, у них свои единицы измерения. Ладно, убедили - энергию отныне буду измерять в градусах Кельвина:)... температура хотя бы ближе к энергии, чем масса.
            Valentin
            20.10.2023
            -
            0
            +
            Согласно знаменитой формуле Эйнштейна E0 = mc2, масса и энергия покоя тесно взаимосвязаны. В мире элементарных частиц эта связь проявляется самым непосредственным образом: при столкновении частиц с достаточной энергией могут рождаться новые тяжелые частицы, а при распаде покоящейся тяжелой частицы разница масс переходит в кинетическую энергию получившихся частиц. По этой причине массы частиц тоже принято выражать в электронвольтах (а точнее, в электронвольтах, деленных на скорость света в квадрате). 1 эВ соответствует массе всего в 1,78·10–36 кг. Электрон в этих единицах весит 0,511 МэВ, а протон 0,938 ГэВ. Открыто множество и более тяжелых частиц; рекордсменом пока является топ-кварк с массой около 170 ГэВ.

Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: