Байкальський нейтринний телескоп

Будівництво телескопа на вкритому льодом Байкалі
Один з оптичних модулів телескопа, готовий до занурення у воду

Байкальський нейтринний телескоп (рос. Байкальский нейтринный телескоп, англ. Baikal Gigaton Volume Detector, Baikal-GVD) — нейтринна обсерваторія, що знаходиться на дні озера Байкал. Телескоп почав детектувати нейтрино з 1993 року, а з 2021 року запрацював на повну потужність. Має об'єм, порівнянний з найбільшим у світі нейтринним детектором IceCube[1]. Разом з IceCube, ANTARES і KM3NeT входить до Глобальної нейтринної мережі як найважливіший її елемент в Північній півкулі[2].

Учасники проєкту

Обсерваторію використовує колаборація «Байкал», яка включає наступні наукові установи[3]:

Обладнання

Установка має модульний характер, що дозволило вводити її до ладу поступово, в кілька етапів. На 2008 рік працювало 11 гірлянд, проєктна потужність телескопа 1 Гт, що відповідає об'єму 1 км3[4][2].

Історія

Передісторія

Ідею використовувати для детектування нейтрино з черенківського випромінювання глибокі природні водоймища висунув у 1960 році Мойсей Марков[5][6]. 1980 року Олександр Чудаков[ru] запропонував Байкал у якості такого водоймища[7]. 1 жовтня того ж року при Інституті ядерних досліджень Академії наук СРСР було засновано очолювану Григорієм Домогацьким[ru] лабораторію нейтринної астрофізики високих енергій, яка у 1981 році розпочала роботу з підводними детекторами. У 1984 році була випробувана установка «Гірлянда-84» з 12 детекторів, що послужила прототипом для майбутніх телескопів[8].

Перший етап будівництва

У 1993 році були занурені перші три гірлянди майбутнього нейтринного телескопа, які того ж року детектували перші два нейтрино. Ця частина телескопа носила назву НТ-36 і складалась з з 36 оптичних модулів на 3 коротких тросах. Вона приймала дані до березня 1995 року[9]. НТ-72 працював у 1995—1996 роках, потім він був замінений на чотиригірляндний масив НТ-96[10]. За 700 днів роботи на НТ-36, НТ-72 і НТ-96 було зібрано 320 000 000 мюонних подій.

Починаючи з квітня 1997 року дані приймав НТ-144, масив з шести гірлянд. Повний масив НТ-200 був завершений у квітні 1998 року[11]. Він мав робочий об'єм 100 тис. м³ і складався з восьми 72-метрових гірлянд зі 192 детекторів на глибині понад 1 км, ставши першою чергою Байкальського нейтринного телескопа[12][13].

У 2004—2005 роках він був оновлений до НТ-200+ з трьома додатковими гірляндами навколо НТ-200 на відстані 100 метрів, кожна з 12 оптичними модулями[14][15].

Другий етап будівництва

До 2010 року було завершено проєктування другої черги телескопа[7]. Перша черга з 3 гірлянд була введена в дію в квітні 2013 року[16][17]. У квітні 2015 року почав роботу перший демонстраційний кластер «Дубна» оновленого телескопа зі 192 детекторами на восьми 345-метрових гірляндах на глибині до 1276 м[18][7]. З 2016 року будується телескоп об'ємом 1 кубічний кілометр, NT-1000 або Baikal-GVD (або просто GVD, Gigaton Volume Detector)[19]. У 2016—2018 роках було розміщено перші три базові кластери телескопа (по одному щороку)[20]. У квітні 2019 року було запущено ще два кластери, всього їх стало 5. У квітні 2020 року було змонтовано ще два кластери, шостий та сьомий[21]. Останній, восьмий кластер був встановлений в 2021[22], робочий об'єм телескопа досяг 0,4 км3. Планується подальше розширення телескопа буде продовжено, до 2030 число кластерів має досягти 27, а робочий об'єм планують з часом збільшити до 1 км3[20].

Результати

Байкальський нейтринний телескоп використовується для дослідження астрофізичних явищ. Були опубліковані результати пошуку реліктової темної матерії на Сонці[23], мюонів високої енергії[15] і нейтрино[24].

Примітки

  1. ↑ Понятов, 2021, с. 17.
  2. ↑ а б Нейтринный телескоп Baikal-GVD. «Научная Россия» — наука в деталях! (рос.). 23 квітня 2020. Процитовано 26 січня 2021.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з параметром url-status, але без параметра archive-url (посилання)
  3. ↑ Первый кластер глубоководного нейтринного телескопа кубокилометрового масштаба Baikal-GVD вступил в строй на оз. Байкал. Архів оригіналу за 11 травня 2021. Процитовано 21 лютого 2021.
  4. ↑ Космический глаз Байкала • Библиотека. «Элементы» (рос.). Архів оригіналу за 17 січня 2019. Процитовано 26 січня 2021.
  5. ↑ M. A. Markov. On high energy neutrino physics / E. C. G. Sudarshan, J. H. Tinlot, A. C. Melissinos (editors) // Proceedings, 10th International Conference on High-Energy Physics (ICHEP 60) : Rochester, NY, USA, 25 Aug - 1 Sep 1960. — Rochester, 1960. — 26 December. — P. 579—580.
  6. ↑ Понятов, 2021, с. 18.
  7. ↑ а б в Понятов, 2021, с. 19.
  8. ↑ Понятов, 2021, с. 19—20.
  9. ↑ Belolaptikov, I. A. (1995). Results from the Baikal Underwater Telescope (PDF). Nuclear Physics B: Proceedings Supplements. 43 (1–3): 241—244. Bibcode:1995NuPhS..43..241B. doi:10.1016/0920-5632(95)00481-N.
  10. ↑ Belolaptikov, I. A. та ін. (1997). The Baikal underwater neutrino telescope: Design, performance, and first results. Astroparticle Physics. 7 (3): 263—282. Bibcode:1997APh.....7..263B. doi:10.1016/S0927-6505(97)00022-4.
  11. ↑ Baikal Lake Neutrino Telescope. Baikalweb. 6 січня 2005. Архів оригіналу за 31 серпня 2010. Процитовано 30 липня 2008. [Архівовано 2010-08-31 у Wayback Machine.]
  12. ↑ Понятов, 2021, с. 20.
  13. ↑ К. Вохмянина. Байкальский подводный нейтринный телескоп. Архів оригіналу за 20 серпня 2011. Процитовано 19 травня 2015.
  14. ↑ Aynutdinov, V. та ін. (2005). The Baikal neutrino experiment: From NT200 to NT200+. Proceedings of the 29th International Cosmic Ray Conference. 5: 75. Bibcode:2005ICRC....5...75A.
  15. ↑ а б Wischnewski, R. та ін. (2005). The Baikal Neutrino Telescope – Results and Plans. International Journal of Modern Physics A. 20 (29): 6932—6936. arXiv:astro-ph/0507698. Bibcode:2005IJMPA..20.6932W. doi:10.1142/S0217751X0503051X.
  16. ↑ Avrorin, A. V. та ін. (2014). Data acquisition system of the NT1000 Baikal neutrino telescope. Instruments and Experimental Techniques. 57 (3): 262—273. doi:10.1134/S002044121403004X.
  17. ↑ A new neutrino telescope for Lake Baikal – CERN Courier. 22 липня 2015.
  18. ↑ Первый кластер глубоководного нейтринного телескопа кубокилометрового масштаба Baikal-GVD вступил в строй на оз. Байкал. пресс-центр Института ядерных исследований. Архів оригіналу за 20 травня 2015. Процитовано 19 травня 2015.
  19. ↑ Avrorin, A. V. та ін. (2011). An Experimental String of the NT1000 Baikal Neutrino Telescope (PDF). Instruments and Experimental Techniques. 54 (5): 649—659. doi:10.1134/S0020441211040178.
  20. ↑ а б Понятов, 2021, с. 21.
  21. ↑ Пресс-релиз 2020 проекта Baikal-GVD. Архів оригіналу за 28 вересня 2020. Процитовано 21 лютого 2021.
  22. ↑ На дне Байкала установили два новых кластера нейтринного телескопа Baikal-GVD [Архівовано 2023-04-24 у Wayback Machine.] // ТАСС, 24 апр 2023
  23. ↑ Avrorin, A.D. та ін. (2015). Search for neutrino emission from relic dark matter in the Sun with the Baikal NT200 detector. Astroparticle Physics. 62: 12—20. arXiv:1405.3551. Bibcode:2015APh....62...12A. doi:10.1016/j.astropartphys.2014.07.006.
  24. ↑ Aynutdinov, V. (2006). Search for a Diffuse Flux of High-Energy Extraterrestrial Neutrinos with the NT200 Neutrino Telescope. Astroparticle Physics. 25 (2): 140—150. arXiv:astro-ph/0508675. Bibcode:2006APh....25..140A. doi:10.1016/j.astropartphys.2005.12.005.

Література

  • Алексей Понятов. Нейтрино ловят на глубине // Наука и жизнь. — 2021. — № 5 (26 грудня). — С. 17—21.

Посилання