Новый подводный нейтринный телескоп будет в 10 тысяч раз более чувствительным, чем существующая нейтринная обсерватория IceCube, которая находится в Антарктиде на станции Амундсен-Скотт.

Ученые все еще ищут ответы на вопросы о природе некоторых высокоэнергетичных частиц, которые постоянно бомбардируют Землю из космоса. Однако известно, что космические лучи переносят высокоэнергетические нейтрино (что в переводе с итальянского означает “маленький нейтрон”) - это крошечные элементарные частицы, которые не изменяют направление своего движения, не распадаются и не поглощаются межзвездной средой. Они могут проходить через земную атмосферу и Землю, не реагируя на магнитное поле.

Космические лучи в основном состоят из протонов. Когда эти протоны сталкиваются с ядрами атомов, например, при взаимодействии лучей с активными ядрами галактик, около черных дыр или пульсаров образуются мезоны. Распад мезонов приводит к образованию высокоэнергетических космических нейтрино. Кроме того, другой тип нейтрино может образовываться при попадании космических лучей в атмосферу Земли. Столкновения протонов с атомами воздуха приводят к образованию заряженных пионов, которые распадаются на высокоэнергетические мюонные нейтрино.

Нейтрино не имеют заряда и имеют очень маленькую массу, которая не превышает 0,8 электронвольта. В сравнении, масса электрона составляет 511 тысяч электронвольт. Эти частицы как будто проходят сквозь преграды: они легко проникают через объекты, людей и планету. Кроме того, нейтрино почти не взаимодействуют с материей, что делает их сложными для “поймать”. Поэтому их часто называют “призрачными”.

Единственный способ “поймать” их - это взаимодействие с большими объемами воды. Именно для этого ученые строят подводные или подземные детекторы с большими баками для воды. Вода должна быть чистой. Нейтрино вызывают голубоватое черенковское излучение. Ученых больше интересуют космические нейтрино, потому что они переносят информацию о далеких астрономических объектах.

На данный момент самый большой нейтринный телескоп - это IceCube, который представляет собой массив оптических детекторов, встроенных в антарктический лед. Он был запущен в 2010 году, и его 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 большая установка находится в России, в озере Байкал, - это Baikal-GVD. Она начала работать в 2021 году, и хотя она расположена на глубине, ее рабочий объем немного меньше, чем у IceCube.

Недавно стало известно, что Китай планирует построить новый глубоководный нейтринный телескоп. Об этом сообщили ученые из Шанхайского университета Цзяо Тун в работе, опубликованной в журнале Nature Astronomy.

Место для нового телескопа, получившего название Trident, уже выбрано - это Южно-Китайское море, расположенное недалеко от экватора (в 540 километрах к югу от Гонконга). Телескоп будет установлен на плоском дне моря на глубине 3,5 километра.

“Благодаря тому, что наша система будет расположена недалеко от экватора, она сможет улавливать нейтрино со всех сторон при вращении Земли. Это позволит нам проводить наблюдения без слепых зон”, - объяснил руководитель проекта Цзин Ипэн.

Китайская установка будет состоять из более чем 24 тысяч оптических датчиков (в то время как у IceCube их около пяти тысяч), которые будут расположены в 1211 вертикальных “струнах”, каждая длиной 700 метров. Эти датчики будут регистрировать черенковский свет, который испускают мюоны при столкновении нейтрино с атомами водорода или кислорода в молекулах воды.

Trident будет размещен в виде мозаики Пенроуза. Рабочий объем телескопа составит примерно 7,5 кубических километров, и он будет сканировать морскую воду в поисках следов взаимодействий сверхвысоких энергий нейтрино. Trident будет в 10 тысяч раз чувствительнее системы IceCube. Срок службы установки рассчитан на 20 лет, и ожидается, что она будет построена к 2030 году. Стоит отметить, что работы по строительству глубоководного нейтринного телескопа уже начались.

Авторы проекта полагают, что Trident поможет разгадать старую загадку происхождения космических лучей, проверить пространственно-временные симметрии, обнаружить квантовую гравитацию и косвенно обнаружить темную материю.

Роман ПОПОВ