Группа ученых физфака и НИИЯФ МГУ имени М.В. Ломоносова участвует в проекте сооружения глубоководного нейтринного телескопа. Фото с сайта: www.membrana.ru

Научная группа НИИЯФ МГУ и кафедры общей ядерной физики физфака МГУ участвует в проекте «KM3 Neutrino Telescope» сооружения в Средиземном море огромного глубоководного нейтринного телескопа, сообщает издание «и-Маш». Работы ведутся под руководством научного сотрудника отдела электромагнитных процессов и взаимодействий атомных ядер (ОЭПВАЯ) НИИЯФ МГУ, имени М.В. Ломоносова кандидата физико-математических наук, доцента Евгения Вадимовича Широкова.

В настоящее время KM3NeT находится в стадии разработки, которая должна закончиться. В KM3NeT вошли два действующих проекта – ANTARES и NEMO. Для работы над новым проектом создан консорциум из 40 институтов 10 европейских стран.Телескоп проекта KM3NeT будет размещн на дне Средиземного моря. Он предназначен для регистрации астрофизических нейтрино, приходящих из различных объектов Вселенной: звзд, ядер Галактик, сверхновых.

Средиземноморский нейтринный телескоп представляет собой вертикальное сооружение. В него входит набор из 320 тросов длиной 900 метров, которые будут закреплены на дне при помощи якорей. Для поддержания тросов в вертикальном положении их оснастят поплавками. Поперк тросов будут закреплены шестиметровые рамы с цифровыми оптическими модулями на концах. Планируется расположить 20 таких этажей из рам, разделнных расстоянием в 40 метров. Нижний этаж будет находиться в ста метрах от дна моря. Толща воды сверху от двух километров защитит телескоп от солнечного света.

Каждый оптический модуль – это пластиковая сфера, в которой размещн фотоэлектронный умножитель и сопутствующая электроника. Нейтрино при взаимодействии с веществом вызывает образование заряженного «партнра»-мюона, который, двигаясь в воде, генерирует оптическое черенковское излучение. Именно при регистрации этого излучения оптическими модулями и возможна регистрация первичной частицы.

Евгений Широков рассказывает об участии группы в проектах средиземноморских нейтринных телескопов: «Наша группа участвует в проектах глубоководных нейтринных телескопов с 2005 года. В настоящий момент мы принимаем участие в решении различных задач, связанных как с работой действующих телескопов ANTARES и NEMO, так и проектируемой KM3NeT.

В первую очередь, это моделирование и оптимизация конфигураций нейтринных телескопов. Эта деятельность включает в себя решение множества более мелких проблем. Например, конфигурация детектора должна быть такой, чтобы оптические модули хорошо „видели“ друг друга, в то же время они должны быть максимально разнесены в пространстве. Во-первых, для увеличения общего эффективного объма телескопа, а во-вторых, для максимального сокращения количества оптических модулей, ведь каждый такой элемент телескопа имеет немалую стоимость. На один оптический модуль уходит 20–25 тысяч евро. Таким образом, оптимизация ведтся не только с научной целью, но и с экономической.

Сейчас в проекте ANTARES оптических модулей около 500 штук. А в KM3NeT будет в 10–12 раз больше – примерно 5–6 тысяч. В IceCube – нейтринной обсерватории в Антарктике, которая является на данный момент крупнейшим нейтринным телескопом, – сейчас 5 тысяч с небольшим».

Кандидат физико-математических наук Евгений Широков пояснил значение проекта KM3NeT: «Все детекторы такого типа, находясь на дне моря, направлены в землю. Почему? Потому что земля задерживает все частицы, кроме нейтрино. Поэтому то, что вы видите, это нейтринный поток. Когда вы находитесь на южном полюсе и смотрите вниз, то видите только то, что летит из северной полусферы. А то, что над вами, вы не видите. Поэтому IceCube, находящийся на южном полюсе, видит только около половины небесной сферы. Для того, чтобы е видеть практически всю, вам нужна ответная часть, в данном случае – северное полушарие. KM3NeT будет как бы „дополнением“ IceCube. С помощью этих двух телескопов возможно запланированное создание так называемой глобальной нейтринной обсерватории. Будет объединение данных двух проектов и полный контроль над всеми нейтринными событиями, которые происходят во всей небесной сфере. Тогда будет возможность получать информацию о событиях, в какой бы части небесной сферы оно не происходило. Однако, этот проект рассчитан на 2018–2019 годы, сначала необходимо создание кубокилометрового телескопа в Северном полушарии».

Евгений Широков отметил, что его группа создат для проекта: «В телескоп входят оптические модули, основным элементом которых являются фотоумножители. Наша группа принимала участие в работе по созданию прототипов фотоэлектронных умножителей для нейтринного телескопа NEMO. Ведь каждый проект имеет свои особенности, кроме того, если возможно, было бы желательно улучшать характеристики тех устройств, которые уже использовались. Данная работа, разумеется, предполагает размещение сотрудников вблизи самого телескопа, поэтому она проводится в лабораториях Национального Института Ядерной Физики Италии (INFN), с которым нас связывает давнее и плодотворное сотрудничество. Это один из наших основных партнров, наряду с Институтом Физики Частиц (Марсель), Институтом Субатомной физики (Амстердам) и рядом других европейских научных центров.

К еще одной задаче, которой занимается наша группа, относится создание фильтра биолюминисценции. Это работа связана уже с проектом ANTARES. Дело в том, что в морской воде даже на большой глубине – 3–3.5 километра – находится большое количество живых существ, которые освещают свой путь в темноте. Они постоянно испускают свечение и находясь вблизи оптических модулей нейтринных телескопов, создают их „засветку“. Напомню, что эти устройства предназначены как раз для того, чтобы регистрировать черенковский свет, который создают высокоэнергичные частицы. Поэтому если какое-то подводное создание плавает и подсвечивает себе путь, то это создат помеху.

Оптический модуль, разумеется, регистрирует и эти световые сигналы, которые существенно мешают работе. Поэтому в задачу входило создание программы, которая бы удаляла посторонний биологический шум из данных, которые мы получаем из телескопа. Вот этим непосредственно занимался сотрудник ОЭПВАЯ Владимир Александрович Куликовский, который работает в нашей группе. Данная работа вошла в основной перечень результатов коллаборации ANTARES, многократно докладывалась на конференциях, опубликована в научных журналах».

На вопрос какие ещ есть основные направления деятельности в рамках трх проектов, Евгений Широков рассказал: «Например, обработка результатов от детектора ANTARES. В основном сейчас этим занимаются аспиранты и студенты старших курсов кафедры общей ядерной физики физического факультета МГУ. Телескоп ANTARES постоянно регистрирует большое количество различных событий, их нужно обрабатывать, чтобы понять, что именно мы видим с помощью данного детектора. Кроме того, идт разработка алгоритма поиска сверхновых, разработка критериев достоверности нейтринных событий.

Ещ можно отметить работу над совершенно новым астрофизическим явлением – Fermi Bubbles. Это явление открыто четыре года назад гамма-телескопом на орбите Земли. В плоскости нашей галактики обнаружено интенсивное свечение, напоминающее два пузыря. Поскольку орбитальный телескоп FermiLAT назван в честь Энрике Ферми, то соответственно свечение названо „пузырями Ферми“ – Fermi Bubbles. Есть все основания предполагать, что вокруг плоскости галактики есть такие же свечения не только в гамма-диапазоне, но и в нейтринном диапазоне. Владимир Куликовский готовит в настоящий момент кандидатскую диссертацию на эту тему. В отечественной практике это будет первая научная работа, посвященная этому интересному явлению».