Российские учёные запустили один из крупнейших подводных телескопов Baikal-GVD, который позволит астрономам изучать тайны Вселенной через линзу Байкала.
Нейтрино – нейтральные фундаментальные частицы – чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом, потому обнаружить их очень сложно. Существует несколько методов поиска нейтринных потоков, однако все они предусматривают огромный размер детектора, который сумеет уловить редчайшие случаи взаимодействия нейтрино с другими элементарными частицами. Кроме того, для эффективности подобных детекторов важную роль играет защита аппаратуры от источников естественного радиационного фона. Эти условия натолкнули учёных на идею использовать в качестве нейтринных телескопов природные водоёмы. Одним из крупнейших подводных нейтринных телескопов является Baikal-GVD или NT-1000: очередная стадия его сборки подошла к концу в марте 2021 года.
История телескопа Baikal-GVD началась ещё в 80-х годах XX века. Тогда при Институте ядерных исследований РАН была учреждена лаборатория нейтринной астрофизики, которая нуждалась в мощном научно-исследовательском инструменте. Таким инструментом стал оригинальный телескоп NT-200: в 1990-х годах его поэтапно собрали в водах озера Байкал на глубине от 1,1 до 1,4 км. Обсерватория представляет собой комплекс из «гирлянд» модулей: специальные датчики поместили в шары из стекла, выдерживающего давление многотонного слоя воды. Телескоп Baikal-GVD регистрирует нейтрино при помощи фотоумножителей, которые отслеживают черенковское излучение. Эффект Вавилова – Черенкова представляет собой свечение, излучаемое заряженными частицами в прозрачной среде. При этом скорость движения фотонов должна превышать фазовую скорость распространения света в этой среде. Чрезвычайно редко нейтральные нейтрино сталкиваются с протонами ядер сторонних атомов. Такое взаимодействие заставляет протон потерять заряд с образованием отрицательно заряженного мюона. При движении через воду или лёд мюон сопровождает черенковское излучение, интенсивность которого позволяет идентифицировать поток нейтрино.
В пользу нейтринного телескопа Baikal-GVD действует необыкновенная чистота и прозрачность озера Байкал. Ко всему прочему, стабильную работу аппаратуры обеспечивает постоянная температура основной толщи озёрных вод на уровне 3,5–4,0 °С. Кроме того, толстый слой льда, которым озеро покрывается в зимние месяцы, позволяет комфортно обслуживать аппаратуру даже на значительном удалении от линии берега (около 3-4 км вглубь бассейна).
В 2015 году в рамках международного сотрудничества учёных из России, Польши, Германии, Чешской Республики и Словакии стартовал проект по расширению телескопа Baikal-GVD, в рамках которого количество модулей увеличат с 200 до 1000. По словам Дмитрия Наумова из Института ядерных исследований РАН, по состоянию на весну 2021 года эффективный объём детектора составляет около половины кубического километра, что делает его крупнейшей нейтринной обсерваторией Северного полушария. В ближайшие несколько лет этот показатель увеличится до целого кубического километра, и Baikal-GVD станет полноценным конкурентом и напарником нейтринной обсерватории IceCube, расположенной глубоко в толще антарктического льда.
