Недавно закончилось возведение одного из крупнеших подводных детекторов нейтрино. С середины лета проходит тестирование последней пары из 12-ти элементов этого интереснейшего инструмента, который будет улавливать неуловимое – мельчайшие частицы, прилетающие их глубин космоса, сам при этом располагаясь в глубинах Средиземного моря.

Один из оптических модулей Antares


Целая гроздь детекторов-«глаз»


Спуск первой линии детекторов на глубину Средиземного моря


Antares работает на глубине: взгляд художника

Детектор Antares стал плодом сотрудничества полутора сотен ученых из Франции, других стран Европы и из России. Задача его – улавливать нейтрино , очень легкие элементарные частицы, сложность работы с которыми состоит в том, что они крайне «неохотно» взаимодействуют с обычной материей. К примеру, чтобы остановить свободно летящий низкоэнергетический нейтрино, понадобится экран, включающий слой воды толщиной около 100 световых лет. Сквозь наш организм каждую секунду пробегает около 10 14 таких частиц, испускаемых Солнцем, - без всякого влияния на нас. Не оказывают на них никакого эффекта и магнитные поля, так что нейтрино путешествуют далеко по всей Вселенной практически по идеально прямым траекториям.

В этой связи нейтрино можно рассматривать, как источник уникальной информации о происходящем в далеком космосе. Они могут стать невероятно ценными «посланцами», способными рассказать о многом новом – если только удастся их каким-то образом остановить. Именно с этой целью ученые и создали детектор Antares, именно поэтому он имеет довольно внушительные размеры, создавая как можно более эффективный экран для прилетающих из космоса нейтрино.

Работа над этим уникальным проектом началась еще в 1996 г., а первая линия детекторов была установлена ровно 10 лет спустя. Уже этот элемент имеет 400 м в высоту и расположен на глубине 2,5 км в море близ побережья французского Тулона. В сумме Antares включает 12 таких линий, покрывающих площадь, примерно вчетверо превышающую футбольное поле. Они включают в себя 900 оптических модулей – «глаз» телескопа.

Именно морские воды прекрасно укрывают сверхчувствительные «глаза» инструмента от шумового эффекта космических лучей . На такой глубине царит полная темнота, лишь изредка нарушаемая слабым свечением местных живых организмов, некоторые из которые способны к биолюминесценции. В итоге для Antares вся наша планета становится своего рода улавливателем нейтрино: «тело» нашей планеты останавливает практически все приходящие из космоса частицы, но практически все количество падающих на нее нейтрино пролетает сквозь всю толщу.

Однако изредка отдельные «счастливые» нейтрино все-таки взаимодействуют с атомами материи, случайно соударяясь с ядром атомов. Такое происходит очень редко, но когда происходит, в результате этой аварии образуется мюон – неустойчивая заряженная элементарная частица, по свойствам напоминающая электрон и летящая в том же направлении, что и погибший в столкновении нейтрино. Эти же мюоны, пропутешествовав сквозь земной шар, попадают в толщу воды, и здесь они оставляют за собой мельчайшие светящиеся «хвосты» - и именно их смогут замечать сверхчувствительные детекторы Antares. Так и выходит, что в работе этого инструмента принимает участие вся наша планета, причем наблюдение идет за нейтрино, прилетающими с южной небесной полусферы – и именно там лучше всего виден центр нашей галактики, весьма интересное местечко.

Antares станет незаменимым помощником в «астрономии высоких энергий», изучающей космические катаклизмы, источники весьма высоко энергетических частиц. Сюда относятся и взрывы сверхновых, и гамма-вспышки, и активные центры галактик, где бесчинствуют сверхмассивные черные дыры. Именно в недрах таких «катастрофических» объектов тяжелые частицы набирают достаточно энергии, излучая ее избыток в виде высокоэнергетических фотонов, которые и порождают высокоэнергетические нейтрино. Так что, двигаясь по этой цепочке в обратном направлении, физики смогут, изучая мюоны, понять свойства нейтрино – а с ними и узнать новое о далеких космических катаклизмах.

Другая форма нейтрино – низкоэнергетические нейтрино – тоже может улавливаться детектором Antares, и позволит изучить порождающие их скопления темной материи , которые, как считается, существуют в центре и Млечного пути, и нашего Солнца. (Стоит сказать, что работать с такими нейтрино может и еще один существующий детектор, скрытый не под водой, а под горами – читайте о нем в заметке « Детектор номер один ».) Дело в том, что, по мнению ряда ученых, эта самая загадочная темная материя, совершенно недоступная прямому наблюдению и проявляющая себя только в гравитационных взаимодействиях, состоит из очень тяжелых элементарных частиц – вимпов. Существует гипотеза о том, что вимпы должны накапливаться в центрах очень тяжелых объектов, в том числе Солнца и нашей галактики. Однако, собираясь здесь, они то и дело аннигилируют, порождая мощные выбросы энергии и частиц, включая и низкоэнергетические нейтрино.

О других современных сверхчувствительных детекторах читайте: « Темная сторона Вселенной ».

По публикации Science Daily