Как подмосковные физики строят гигантский телескоп на Байкале

Ученые-физики работают не только за компьютерами и в напичканных аппаратурой лабораториях. Физики из наукограда Дубна по два месяца живут в тайге, а их рабочий день проходит у прорубей на льду самого глубокого озера в мире - Байкала. Корреспондент Дубненского информагентства узнал, что такое нейтрино, и зачем на Байкале строят гигантский телескоп.

Читайте о разработке программы развития наукоградов>>

Проект «Байкал»

На озере Байкал около 50 научных сотрудников из Объединенного института ядерных исследований, расположенного в Дубне, Института ядерных исследований РАН в Троицке и еще нескольких научных центров России и зарубежья реализуют научный проект «Байкал» по строительству уникального нейтринного телескопа.

«Весной 2015 года будет поставлен первый кластер, которому дано название «Дубна» - сравнительно небольшая часть этого телескопа, примерно десятая часть первой стадии проекта. Процесс создания этого гигантского прибора разделен на две стадии, по окончании второй стадии объем телескопа превысит 1 кубический километр. Это диктуется свойствами нейтрино», - рассказывает руководитель дубненской группы проекта «Байкал» Игорь Белолаптиков.

Построить телескоп в байкальских водах было решено еще в конце 70-х годов, работы на Байкале начались в 1988 году. В тот же период американцы начали строить свой нейтринный телескоп в океане около Гавайских островов. Но этот проект был закрыт из-за сложностей работы в океане: чтобы устанавливать аппаратуру с необходимой точностью (до 1 метра) на нужной глубине (более 1,5 км) и обслуживать ее, приходилось арендовать большой корабль, чтобы он держал стационарную позицию при сильной волне, а кабели для передачи данных тянуть по дну на 30 км от берега.

Дело в том, что озеро Байкал считается идеальным местом для размещения нейтринного телескопа. «Приборы устанавливаются при глубине 1370 метров, и удалось найти точку, где эта глубина – всего в 3 километрах от берега, причем для установки и обслуживания аппаратуры техника выезжает зимой прямо на лед, где над местом расположения приборов бензопилой выпиливаются лунки нужной величины», – уточняет физик.

В байкальском телескопе уникальны почти все инженерно-технические решения. «Даже если какой-либо блок вышел из строя, его можно просто отключить – аппаратура построена так, что на работу остальных блоков это не влияет. И наконец, даже космос благосклонен именно к нам: 17 часов в сутки байкальский глубоководный телескоп обращен к центру Галактики, где располагаются наиболее яркие и интересные объекты с точки зрения регистрации нейтрино», - говорит руководитель научной группы.

Музей наук в Троицке: стул с гвоздями и эксперименты с магнитными волнами>>

Неуловимая частица - нейтрино

Нейтрино относится к элементарным частицам, которые уже не распадаются на составные части. Нейтрино не имеет электрического заряда, а масса его крайне мала. Много лет велись дискуссии о том, есть ли она вообще – в результате было доказано, что все-таки есть. Это делает нейтрино достоверным источником информации о процессах, происходящих в отдаленных точках нашей Галактики и даже в других галактиках.

В чем же ценность нейтрино? В космосе потоки света (фотоны) ослабляются, попадая в скопления космической пыли, заряженные частицы отклоняются в магнитных полях, тяжелым ионам помехой становятся поля гравитационные.

«Нейтрино в этом смысле неуязвимы, а значит, способны донести наиболее достоверную информацию. Но при этом неуязвимость оборачивается неуловимостью: зафиксировать приборами можно разве что след от столкновения нейтрино с каким-нибудь атомом в атмосфере, в воде или внутри Земли, а сталкивается с чем-либо лишь одно нейтрино из миллиарда. Потому и необходим нейтринному телескопу такой громадный объем – кубокилометр», - объясняет Белолаптиков.

Когда удается зафиксировать прохождение высокоэнергетичного нейтрино из дальнего космоса, по величине его энергии и по направлению движения можно с большой достоверностью определить, из какой точки Вселенной оно прибыло и в результате какого процесса образовалось. Впрочем, это тоже непростая задача: только на подготовку данных для анализа при современной компьютерной базе уходит более полугода, отмечает ученый.

Второй форум наукоградов Подмосковья пройдет в 2015 году>>

Ученые на льду

Время зимних байкальских экспедиций – с февраля по апрель, когда толщина льда достаточна, чтобы выдержать тяжелую автотехнику. Береговой лагерь ученых расположен в 90 километрах от Иркутска. Здесь есть компьютерный мини-центр, принимающий сигналы подводных датчиков.

Какая техника будет нужна в очередной экспедиции, какие приборы требуется разработать для новых частей телескопа, ремонта и модернизации действующих, кто будет выполнять заказы на их изготовление – все это, как и многое другое, включая теоретические вопросы эксперимента, обсуждается на совещаниях в Дубне. А перед началом экспедиции техника в грузовом вагоне отправляется в Иркутск.

Живут ученые в береговом лагере, а основная работа идет в ледовом лагере: в четырех километрах от берега пропилены большие и малые полыньи (майны), установлены лебедки для подъема и спуска аппаратуры, над ними – тенты для защиты от солнца. Майны очищаются от ледяной корки и обломков льда, водолаз подцепляет одну за другой вертикальные конструкции телескопа – гирлянды с аппаратурой, лебедка вытягивает их на поверхность, и начинается проверка приборов, монтаж новых блоков.

Чистота воды в Байкале - известный факт, но все равно поражает, что на глубине более 60 метров в электрическую лампочку просачивается вода, но она продолжает светить – отсутствие примесей превращает воду в диэлектрик.

Пущинская обсерватория: как «разговаривает» космос и рождаются звезды>>

Открытия физиков – в экономику

Сборка первого кластера Байкальского нейтринного телескопа должна быть завершена к концу 2015 года. «Ловля нейтрино» из дальнего космоса для ученых важна тем, что обещает дать ответы на многие неясные сегодня вопросы, среди которых самая большая загадка – природа «темной материи» и «темной энергии» (почти 96% вещества во Вселенной находится в невидимой форме и проявляет себя лишь гравитационными полями).

Но байкальский проект уже дает результаты. Например, созданные специально для проекта «Байкал» вертикальные геофизические кабели электропитания используются сегодня в нефтяных и газовых скважинах, в урановых и молибденовых рудниках. Не обошлось без достижений и в IT-сфере: создана и отработана система удаленного управления подводной установкой на базе стандартных сетевых протоколов.

Дальнейшее развитие оборудования на байкальском телескопе может обогатить российскую экономику и другими высокотехнологичными новинками, а фундаментальную науку – новыми открытиями.

Музей оптики в Лыткарине: космические объективы и оптические иллюзии>>

Глобальная сеть телескопов

Сейчас ученые из США и нескольких западных стран строят нейтринный телескоп в Антарктиде. Приборы там не погружаются в воду, а вмораживаются в толщу льда примерно в 400 метрах от Южного полюса. Здесь свои сложности: под каждый прибор необходимо делать очень глубокую лунку, электроэнергии на это уходит много – топливо для дизель-генераторов завозится сотнями тонн, плюс вмороженную аппаратуру нельзя извлечь. В итоге антарктический нейтринный телескоп обходится значительно дороже, чем байкальский

Поскольку в научной сфере происходит стремительная глобализация, нейтринные телескопы, создаваемые в Средиземном море, Антарктиде и на Байкале, решено объединить в глобальную нейтринную сеть.

З0 января на базе ИЯИ РАН состоялось международное совещание экспертов из всех научных групп, занимающихся сооружением и эксплуатацией нейтринных телескопов в открытой среде.

«Вариться в собственном соку нерационально, это расширение общения и более углубленный, откровенный обмен мнениями. Более того, в плане развития глобальной нейтринной сети планируется переход на некие стандарты, чтобы всем было более понятно, каковы различия в детекторах на уровне как получения данных, так и их обработки, какие возможны допущения и т. д. И тогда легче будет сопоставлять полученные на разных телескопах результаты. Именно для этого все и делается», - заключил Игорь Белолаптиков.

Музей космоса в Королеве: кресло Терешковой и "космическая" гитара>>

Анна Алтынова