Ученые Новосибирского государственного университета предложили дополнить Байкальский нейтринный телескоп Baikal-GVD наземной станцией для регистрации космических частиц. Она получит название Baikal-Top и будет работать вместе с детекторами, расположенными глубоко под водой.
Baikal-GVD находится на дне Байкала и предназначен для поиска нейтрино — частиц, которые почти не взаимодействуют с обычным веществом и могут приходить к Земле из далекого космоса. Сейчас активный объем телескопа достиг 0,8 кубического километра, то есть около 80% от запланированного.
Нейтрино бывает сложно отличить от частиц, которые появляются в атмосфере Земли под воздействием космических лучей. Когда частица из космоса сталкивается с атмосферой, возникает целый поток вторичных частиц — так называемый атмосферный ливень. Часть из них достигает поверхности Земли, а другие проникают глубоко в воду.
Именно это предлагают использовать ученые НГУ. Вместо того чтобы устанавливать дополнительные детекторы непосредственно над подводной частью телескопа, они предлагают разместить их примерно в четырех километрах от Baikal-GVD — на берегу Байкала.
Наземная станция будет фиксировать частицы атмосферного ливня, а Baikal-GVD — частицы от того же события, которые проникли в воду. Если синхронизировать работу двух систем по времени, ученые смогут сопоставлять полученные данные и точнее понимать, что происходило во время каждого ливня.
По заявлению заведующего лабораторией новых методов регистрации ионизирующих излучений НГУ Евгения Кравченко, первые расчеты показали, что идея такой установки вполне реализуема и ее работа будет эффективна при площади регистрирующих детекторов от 100 до 600 квадратных метров.
Ученые смоделировали работу будущей станции с помощью специальных программ. Расчеты показали, что установка площадью около 100 кв.м сможет регистрировать не менее сотни совместных событий в год. При площади 500–600 кв.м их количество может достигать десятков тысяч ежегодно.
Для Baikal-Top предлагают использовать сцинтилляционные детекторы, разработанные учеными НГУ и Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН. Они уже применяются в эксперименте TAIGA для регистрации частиц космического происхождения.
Принцип работы такого детектора относительно прост: когда заряженная частица проходит через специальный материал, возникает короткая вспышка света. Электроника фиксирует ее и определяет характеристики прилетевшей частицы.
По словам разработчиков, оборудование уже прошло испытания в составе TAIGA, поэтому для будущей станции не потребуется создавать принципиально новую конструкцию. Электроника Baikal-Top совместима с системой Baikal-GVD и может быть синхронизирована с ней.
Новая система нужна не только для самого нейтринного телескопа. Ученые рассчитывают использовать ее для изучения так называемой мюонной загадки. В некоторых экспериментах наблюдается больше мюонов — тяжелых элементарных частиц, возникающих в атмосферных ливнях, — чем предсказывают современные физические модели.
Совместные измерения на поверхности и глубоко под водой могут дать дополнительные данные для проверки этих моделей. Сейчас исследователи продолжают уточнять расчеты и готовят более подробное исследование характеристик будущей станции Baikal-Top.
Читайте также:
В России получили экологичное авиационное топливо из опилок и шелухи подсолнечника
Казанские ученые разработали материал для термостойкого асфальта
В МАДИ предложили способ ускорить обучение нейросетей на квантовых компьютерах