Крупнейший детектор нейтрино будет находиться на дне океана

Китайские ученые строят крупнейший в мире детектор нейтрино (так называемых «частиц-призраков»), который будет находиться на глубине 3500 метров под поверхностью океана. После завершения строительства он будет искать редкие вспышки света, излучаемые неуловимыми частицами, когда они на короткое время становятся ощутимыми в глубине океана.

Неуловимые частицы

Нейтрино — это очень легкие, электрически нейтральные субатомные частицы, являющиеся одной из фундаментальных составляющих Вселенной. Они принадлежат к лептонному семейству, как электроны и мюоны, хотя значительно легче последних.

Образуясь в различных астрофизических процессах, в частности, на Солнце в ходе ядерных реакций, генерирующих звездную энергию, и в сверхновых, эти частицы лишь очень слабо взаимодействуют с обычным веществом. Это означает, что они могут проходить через вещество, в том числе и через Землю, практически не взаимодействуя с ней, что делает их чрезвычайно трудными для обнаружения. Чтобы получить представление об этом явлении, отметим, что через каждый квадратный сантиметр вашего тела ежесекундно проходит около 100 млрд. нейтрино.

Чтобы попытаться уловить их вопреки всему, ученые разрабатывают специальные детекторы, в качестве которых часто используются огромные резервуары с водой или тяжелой водой. И не зря: хотя нейтрино беспрепятственно проходят через большинство материалов, в том числе и через всю нашу планету, они иногда взаимодействуют с молекулами воды. Нейтрино, взаимодействующее с этими молекулами, может вызвать испускание фотонов света (сцинтилляцию) или электронов отдачи. Измеряя количество света или электронов, ученые могут определить направление и энергию нейтрино.

Огромный нейтринный детектор в глубинах океана

Нейтринный телескоп Tropical Deep Ocean Neutrino Telescope (TRIDENT), называемый по-китайски Hai ling, будет закреплен на дне западной части Тихого океана. После завершения строительства в 2030 г. он будет искать редкие вспышки света, излучаемые нейтрино. Изучая картины, создаваемые этими вспышками, ученые смогут определить их энергию и, возможно, отследить их источник.

Обсерватория TRIDENT будет расположена на глубине около 3500 м (чем больше воды, тем выше вероятность взаимодействия) и недалеко от экватора, чтобы иметь возможность принимать нейтрино, приходящие со всех сторон при вращении Земли. Такая конфигурация позволит наблюдать все небо без слепых зон.

Детектор будет состоять из более чем 24 000 оптических датчиков, расположенных на 1211 тросах длиной 700 м каждый, которые будут подниматься из точки крепления на морском дне. Диаметр такой «Мозаики Пенроуза» составит около четырех километров. После ввода в эксплуатацию он будет считаться крупнейшим нейтринным детектором в мире, опередив установку IceCube в Антарктиде.

Подробности этого проекта изложены в журнале Nature Astronomy.