Новости

Первое расширение детектора частиц на Южном полюсе предназначено, в частности, для отслеживания колебаний нейтрино.

Нейтринный телескоп IceCube на Южном полюсе может быть дополнительно расширен. Национальный исследовательский фонд США (NSF) выделил 23 миллиона долларов на модернизацию обсерватории. В целом, расширение детектора в антарктическом льду обойдется в 40 миллионов долларов США, чему немецкие исследовательские институты внесут значительный вклад. Средства будут использованы для установки еще большего количества датчиков света, которые фиксируют следы нейтрино из космоса. Ученые из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU), которые занимаются исследованиями с IceCube, ожидают, помимо прочего, важной информации о свойствах нейтрино.

IceCube - крупнейший в мире детектор частиц. Он был завершен в декабре 2010 года и с тех пор собрал данные о нейтрино. Нейтрино - это почти безмассовые частицы, которые почти незаметно проникают в материю и поэтому их очень трудно обнаружить. Частицы-призраки, как их часто называют, могут проникать из отдаленных областей вселенной, почти беспрепятственно поступающих на Землю, и передавать нам информацию о далеких галактиках. Основной момент исследования IceCube произошел 22 сентября 2017 года: детекторы сообщили о высокоэнергетическом нейтрино, наиболее вероятно происходящем из галактики, находящейся на расстоянии 5,7 миллиардов световых лет от Земли в созвездии Ориона.

IceCube состоит из одного кубического километра льда и расположен непосредственно на станции Амундсен-Скотт на географическом Южном полюсе. Станция финансируется США, но открыта для международных исследований. Каждая из 86 кабельных трубок имеет 60 стеклянных шариков, каждая на глубине от 1,45 до 2,45 километра. Эти сферы заключают в себе высокочувствительные световые сенсоры, которые улавливают синеватое черенковское свечение, создаваемое нейтринными реакциями. В дополнение к ранее установленным 5160 датчикам, в обновлении добавлено еще 700 новых датчиков, которые прикреплены на очень близких расстояниях к семи кабельным наконечникам. Они установлены ниже центра детектора тока на глубине примерно 1,6 километра. Первая работа началась уже осенью 2018 года при поддержке NSF и других партнеров, в том числе Германии. Южный полюс идеально подходит для проекта благодаря кристально чистому глубокому льду.

Колебание нейтрино продолжает озадачивать

Нейтрино не только трудно обнаружить, но и избавиться от многих других головоломок, которые можно хотя бы частично решить с расширением. Основная цель этого первого расширения IceCube - раскрыть явление, называемое нейтринными колебаниями, которое описывает возможность появления нейтрино в виде электронных, мюонных или тау-нейтрино и может переключаться между этими формами.

Вторая цель состоит в том, чтобы более точно описать лед, который окружает датчики света, таким образом получая лучшие результаты с существующим детектором. Преимущества этого будут особенно высокоэнергетической нейтринной астрономии.

Исследователи JGU участвуют в обновлении IceCube и будущем IceCube Gen2

Благодаря дополнительным датчикам света чувствительность значительно увеличивается, особенно при низких энергиях в диапазоне от 5 до 10 гигаэлектронвольт. Это энергетический сектор, где ученые IceCube могут наблюдать нейтринные колебания атмосферных нейтрино. Колебания нейтрино основаны на квантовом эффекте, открытие которого в 2015 году было удостоено Нобелевской премии. «Анализ этих нейтринных осцилляций, с помощью которого мы узнаем кое-что о свойствах нейтрино, в частности, является предметом нашей исследовательской работы в Майнце на IceCube», - говорит Себастьян Безер из Института физики JGU. «Мы получаем большее количество нейтрино при более низких энергиях и сможем многому научиться у них».

Например, группа Mainz Neutrino, финансируемая Федеральным министерством образования и исследований Германии (BMBF), смогла заранее показать, что расширение поможет разобраться в вопросе расстановки нейтринных масс. «Мы ожидаем, что исследование IceCube после обновления в сочетании с проводимым экспериментом JUNO может четко прояснить вопрос массовой иерархии», - говорит Безер. Исследователи Майнцера также активно участвуют в эксперименте JUNO в Китае. Но новые вопросы ожидаются и по другим вопросам, таким как предположение, что нейтрино также могут исчезать в колебаниях вместо того, чтобы трансформироваться. Здесь должен быть достигнут значительный прогресс в обнаружении тау-нейтрино с беспрецедентной скоростью.

«Кроме того, это расширение детектора, естественно, дает нам возможность продвинуть технологические разработки для следующего этапа расширения IceCube, детектора IceCube Gen2», - добавляет Лутц Кепке, также исследователь нейтрино в Институте физики при JGU. Для этой цели на льду будет установлено 14 новых датчиков света, так называемые WOM. Эти WOM используют специальные материалы и, следовательно, могут снизить уровень шума при повышенной чувствительности. «Этот шум является ключевым фактором при обнаружении событий сверхновой - еще один аспект, который мы исследуем здесь, в Майнце», - говорит Безер. IceCube-Gen2 построен на опыте обновления, и объем IceCube увеличился в десять раз.

Подписывайтесь на нас
Back to top button