Глаза Байкала

Опубликованы первые результаты эксперимента Baikal-GVD – глубоководного нейтринного телескопа, официально запущенного в работу 13 марта 2021 года на озере Байкал. Его строительство в нынешнем масштабе началось в 2015 году, однако сам проект гораздо старше, ему уже больше 40 лет, и ключевую роль в его создании и развитии играет троицкий Институт ядерных исследований.

Первые идеи о нейтринной астрономии появились ещё в 1960-х. Академик Моисей Марков, один из «крёстных отцов» ИЯИ, предложил разместить детектор нейтрино в глубине озёр или морей, где в толще воды он будет защищён и от космического излучения, и от света.

Как обнаружить нейтрино? Эта частица не подвержена электромагнитным силам, но может показать себя в крайне редком случае взаимодействия с ядром атома. Как именно, зависит от типа и энергии нейтрино. Например, возникает другой элемент, атомы которого можно подсчитать, как на Баксанской нейтринной обсерватории. А «выбитый» мюон и ливни заряженных частиц вызовут черенковское излучение, которое видит детектор, как на Байкале. (Излучение названо в честь академика, нобелевского лауреата Павла Черенкова, работавшего в троицком ФИАНе. Его имя носит одна из улиц города.) Так можно определить не только факт распада нейтрино, но и направление, откуда пришла частица.

В 1966-м Георгий Зацепин и Александр Чудаков организовали в ФИАНе лабораторию нейтрино, вошедшую в 1971-м в ИЯИ. А в 1980-м по предложению Чудакова была создана лаборатория нейтринной астрофизики высоких энергий ИЯИ, которую возглавил Григорий Домогацкий (ныне член-корреспондент РАН), и начались подготовительные работы по Байкалу. Почему именно там решили разместить научный объект? Чистая пресная вода не вызывает коррозию, в ней нет распадов калия-40, которые создают помехи в солёной среде. Озеро глубокое, зимой замерзает, работы по установке детекторов можно проводить не с воды, а со льда. Близко Иркутск, рядом Кругобайкальская железная дорога. На одной из её станций, Ивановке, и появилась первая научная база. Сама установка находится в 3,6 км от берега.
С февраля по начало апреля учёные ИЯИ, ОИЯИ (Дубна), Иркутского университета и другие участники коллаборации приезжают на вахту, чтобы установить новые гирлянды фотодатчиков и обслужить те, что нуждаются в ремонте.

Первая цепочка из 12 элементов была установлена в 1984 году. Когда распался СССР, с финансированием начались трудности, но учёные продолжали работы по созданию нейтринного телескопа. Помог международный статус эксперимента. Подключились Германия, Чехия, Словакия и Польша.
В 1993–1998 годах была построена и введена в строй HT-200, первая успешно работающая водная установка в мире с 192 фотодетекторами в восьми гирляндах. В 1994 году она начала давать научные данные, в 2004–2005 годах модернизирована. Основываясь на её опыте, строились средиземноморские ANTARES и KM3NeT, антарктический IceCube. Они объединены в Глобальную нейтринную сеть, ведущую совместный поиск источников нейтрино.

В 2000-х началось расширение проекта под новой вывеской – GVD (Gigatone Volume Detector). «Гигатонна» означает запланированный объём – один кубический километр. Пока объём меньше –
«всего» 0,4 км³, но это не мешает установке работать и давать результаты. Всё дело в модульной структуре. Детектор состоит из независимых кластеров по восемь гирлянд, в каждой 36 оптических модулей на глубинах 725–1 274 м.

В 2006–2010 годах шла разработка, изготовление и натурное испытание всех систем обновлённого телескопа. Первый кластер, названный «Дубна», заработал в 2015 году. Сейчас их уже 10, и всего больше 2 800 элементов, своего рода гигантских пикселей, готовых запечатлеть нейтринный портрет далёкого космоса и заглянуть в прошлое ранней Вселенной.

Байкальский телескоп и его «братья» с других концов Земли работают в формате «мультимессенджерной астрономии», в которой разные типы сигналов (космические лучи, нейтрино, фотоны всех частот и даже гравитационные волны) сопоставляются между собой. Источниками высокоэнергетических нейтрино могут быть ядра галактик, массивные чёрные дыры, случаи поглощения звезды чёрной дырой… С 2018 по 2020 год было набрано 10 кандидатов на такие события, а сейчас их уже 25. Яркий пример –
вспышка на радиоблазаре 14 де-кабря 2021 года, после которой трек от нейтрино, пришедшего из той же области неба, был замечен на IceCube, а через четыре часа – и на Baikal GVD! А на конференции Neutrino 2022, прошедшей в начале июня в Южной Корее, был сделан доклад о том, что коллаборация Baikal-GVD подтверждает поток астрофизических нейтрино, который впервые был зарегистрирован IceCube в 2013 году, на уровне достоверности 3 сигма. Для подтверждения нужно 5 сигма, но это уже намёк на открытие. Чтобы его сделать, надо ещё немного поработать.

Владимир МИЛОВИДОВ,

фото из архива