Нобелевскую премию по физике получил "Ледяной Куб" - проект в Антарктиде, работающий в паре с Байкальским нейтринным телескопом
Обсерватория IceCube в Антарктиде работает в паре с Байкальским нейтринным телескопом
Фото: REUTERS.
Нобелевскую премию по физике получил бельгийский ученый, работающий в США, Френсис Хальзен. Получил, как уже успели пошутить в научных каналах, «за кубик льда» («за решающий вклад в работу нейтринной обсерватории IceCube – Ледяной Куб - и открытие высокоэнергичных нейтрино астрофизического происхождения"). Именно Хальзен предложил в свое время взять кубометр чистейшего льда Антарктиды, и ловить в нем излучения из космоса. Обсерватория IceCube в Антарктиде работает в паре с Байкальским нейтринным телескопом, рассказал KP.RU директор НИИ прикладной физики Иркутского госуниверситета, кандидат физико-математических наук Андрей Танаев. В чем же суть трудов нового нобелевского лауреата и наших ученых?
ТАМ ЛЕД, У НАС ВОДА
Если спросить физика, какое слово он слышит чаще всего на диспутах и форумах, он ответит – «нейтрино». Частица почти без массы, и она почти не взаимодействует с веществом: Землю пронзает, как луч света оконное стекло, даже не отклоняется. Но именно она может быть претендентом на роль неуловимой темной материи. Но если бы только это: в теоретических работах воздействием нейтрино пытаются объяснить едва ли не все странные эффекты, с которыми сталкиваются ученые в лабораториях.
Нейтрино рождаются в космосе в громадных количествах. Так, одним из заметных источников нейтрино является наше Солнце. Причем, если световые лучи мы видим те, что пришли с его поверхности, нейтрино выходит непосредственно из центра, поставляя ценнейшую информацию о ядерных реакциях внутри светила. Кроме Солнца, источником нейтрино оказываются вспышки сверхновых, черные дыры и другие интереснейшие объекты.
Млечный путь, увиденный с помощью нейтринной линзы
Фото: REUTERS.
Вот только поймать нейтрино непросто. Ведь, как уже говорилось, нейтрино не замечает нашей обычной материи. Впрочем, очень редко – замечает. Чтобы выцедить из миллиарда пролетов один факт взаимодействия, «детектор» должен быть огромным.
В мире есть несколько нейтринных обсерваторий. Одна, в Антарктиде, использует в качестве детектора кубический километр льда, в котором специальные сенсоры ловят вспышки света – это и есть признак столкновения вещества в нейтрино. Другая – у нас, в пучине Байкала, где на немыслимой глубине подвешены светочувствительные элементы. Обе обсерватории работают в паре.
- У нас аналогичный инструмент, только в воде, а не во льду. Фактически работаем совместно. Они смотрят на север, мы на юг, - говорит Андрей Танаев.
ПРЕМИЯ ЗА ИДЕЮ 30-ЛЕТНЕЙ ДАВНОСТИ
Хальзену дали Нобелевку за то, что в 1988 году он додумался: именно лед – отличный ловец нейтрино.
- Премию дали, безусловно, "за дело". Но странно, что так долго тянули, - говорит Андрей Танаев. - Халзен занялся экспериментальной нейтринной астрономией в 1980-е. В конце десятилетия он предложил использовать в качестве рабочей среды нейтринного телескопа прозрачный лёд Антарктиды. Он же стал научным руководителем проекта AMANDA (Antarctic Muon And Neutrino Detector), который послужил прообразом обсерватории IceCube.
Нобелевскую премию по физике получил бельгийский ученый, работающий в США, Френсис Хальзен
Фото: REUTERS.
Справедливости ради, и до Хальзена идеи, как уловить нейтрино, крутились около воды да льда. Первым детектором были баки с водой и солью, стоявшие около ядерного реактора (за него тоже в свое время вручили Нобелевку Клайду Коуэну и Фредерику Райнсу. Затем додумались, что сработает жидкость для химчистки: гигантские бочки с этим «варевом» опустили в шахту, чтобы не мешала земная радиация. Снова вернулись к воде: так, построили бассейн размером с десятиэтажный дом.
Но была проблема: хорошо бы поймать нейтрино очень высоких энергий. А их мало. Надо больше воды. И вроде бы идея – не бак, не бассейн, а естественный резервуар – на поверхности. Но до льда прямо в толще Антарктиды (никто, конечно, физически не вырезал из ледника этот кубометр, просто вбурились) додумался именно Хальзен. А у нас и еще в некоторых местах (но наш прибор несравненно точнее и лучше) применили байкальскую воду вместо льда.
Конечно, просто за идею («а давайте датчики введем в лед») Нобелевку бы не дали. Но уж очень интересные результаты получили и у нас, и в Антарктиде.
ПРОЕКТЫ ШЛИ БОК О БОК
Идея Байкальского нейтринного телескопа появилась в 1980 году. Тот проект назывался NT-200.
- И AMANDA, с которой начинал Хальзен, и NT-200 относились к телескопам первого поколения. NT-200 стал прототипом Baikal-GVD - телескопа второго поколения, строительство которого началось несколько позже IceCube, ныне работающих в паре, - объясняет генеалогические связи проектов Андрей Танаев.
Вся история создания Байкальского телескопа, а она насчитывает уже более 40 лет, это история преодоления самых разных технических сложностей, говорит Андрей Танаев:
- Ученые плохо понимали, как по дну укладывать многокилометровые кабели, питающие телескоп энергией и возвращающие данные с подводных детекторов, как создавать прозрачные герметичные сферы для фотоумножителей. Простой электрический разъем, сохраняющий герметичность и функциональность на глубине 1,5 километра превращается в высокотехнологичное произведение искусства.
Одним из первых открытий стало… собственное свечение байкальской воды. Безо всякого нейтрино. О природе таинственного света спорят до сих пор.
В детекторе задействован миллиард тонн байкальской воды. За год телескоп ловит 10-15 штук высокоэнергичных астрофизических нейтрино. Но ведь ловит! Каждая из этих 10-15 частиц на вес золота. И, если уж с золотом сравнивать, обнаружить одно такое нейтрино намного сложнее, чем крупицу золота где-нибудь в Подмосковье.
- Мы регистрируем нейтрино высокой и сверхвысокой энергии, порожденные галактическими и внегалактическими источниками огромной мощности, - говорит Андрей Танаев. - Их энергия в миллиарды раз больше, чем у нейтрино, рожденного в Солнце. - Мы до конца не понимаем механизм, который приводит к рождению таких нейтрино. Исследователи предлагают разные гипотезы, но все они требуют проверки. Нейтрино летит со скоростью очень большой, но меньшей, чем скорость света. Это значит, что, прилетев к нам на Землю издалека и засветив фотодетектор, оно одновременно рассказало о событиях из далекого прошлого. Изучая такие нейтрино, мы изучаем историю Вселенной, загадку ее происхождения и эволюции.
Нобелевскую премию по физике получил "Ледяной Куб"
Фото: REUTERS.
ОДНА НАГРАДА НА ВСЕХ
Собственно, когда на Ледяном кубе нашли энергичное нейтрино, стало понятно – идея работает. Именно после этого по-новому посмотрели на данные Байкальского телескопа, и пришла идея объединить усилия.
- IceCube начал работать раньше и набрал больше нейтринных событий. Мы, правда, растем быстрее. IceCube и Baikal-GVD (коллаборация, управляющая Байкальским телескопом – КП) не столько конкурируют, сколько взаимодействуют, дополняя друг друга. Мы ведь смотрим в разные стороны. IceCube смотрит на север, Baikal-GVD – на юг, в паре охватывая все небо, - говорит Андрей Танаев.
Обратите внимание на парадокс: они в Антарктиде, в Южном полушарии, смотрят на север, мы в северном – на юг. Потому, что оба прибора направлены… к центру Земли, и смотрят себе под ноги! Если что-то прилетело сверху, мало ли что это может быть. А вот как бы из центра Земли могут появляться только нейтрино, пронзившие нашу планету насквозь.
Первые две частицы, что нашли в Антарктиде, назвали Берт и Эрни, в честь персонажей детского сериала. Их энергия в миллионы раз больше того, что может выдать Большой адронный коллайдер. Более того, когда в 2017-м Ледяной куб уловил частицу, он тут же передал данные обычным телескопам. И те нашли на этом месте сверхмассивную черную дыру.
Затем были другие достижения: карта Галактики в «нейтринном свете», изучение ядра далекой галактики, полностью закрытой пылью для видимого света, открытия в физике элементарных частиц…
А сколько еще открытий будет. Ведь Антарктида и Байкал вместе охватывают все небо.
- Это исследования на переднем крае астрофизики. Среди ученых и нынешний нобелевский лауреат с коллегами по IceCube, и участники Байкальский нейтринного проекта, и исследователи из европейского KM3NeT. Наука объединяет, и я уверен, что нынешняя премия - признание в лице Халзена заслуг не только его лично, но и всех его коллег по всему миру, - резюмирует Андрей Танаев.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
За что дали Нобелевскую премию-2026 по физиологии и медицине: оптогенетика поможет спасать зрение