Первый кластер глубоководного нейтринного телескопа кубокилометрового масштаба
Baikal-GVD
вступил в строй на оз. Байкал


Монтаж гирлянды оптических модулей. Команда из 4 человек устанавливает гирлянду в рабочий режим, включая тестирование,
за 4-6 рабочих дней.

В первых числах апреля 2015 г. учеными Института ядерных исследований Российской академии наук (Москва) и Объединенного института ядерных исследований (Дубна), а также ряда российских научных организаций, входящих в коллаборацию "Байкал", развернут и введен в эксплуатацию уникальный экспериментальный комплекс - глубоководный нейтринный телескоп мультимегатонного масштаба "Дубна" на оз. Байкал.

Он является первым кластером создаваемого нейтринного телескопа кубокилометрового масштаба Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector). Детектор предназначен для исследования природного потока нейтрино высоких энергий. Нейтрино, пройдя сквозь толщу Земли, может с некоторой вероятностью провзаимодействовать в воде озера Байкал и породить каскад заряженных частиц. Черенковский свет от заряженных частиц распространяется в воде озера и регистрируется оптическими модулями установки.

Кластер "Дубна" содержит в своем составе 192 оптических модуля, погруженных на глубины до 1300 м и уже является одним из трех наиболее крупных детекторов нейтрино в мире. Следующим этапом развития проекта является последовательное увеличение объема телескопа за счет развертывания новых кластеров. К 2020 г. планируется создание установки, состоящей из 10--12 кластеров общим объемом порядка 0.5 куб. км, сопоставимым с чувствительным объемом мирового лидера - эксперимента IceCube для регистрации нейтрино астрофизической природы.

Регистрация нейтрино на Байкале позволит понять высокоэнергичные процессы, протекающие в далеких астрофизических источниках, установить происхождение космических частиц самых высоких когда-либо зарегистрированных энергий, открыть новые свойства элементарных частиц и узнать много нового об устройстве и эволюции Вселенной в целом.


Проверка на работоспособность центрального модуля секции перед погружением гирлянды на глубину 1300 м. Центральный модуль обеспечивает управление работой оптических модулей, принимает аналоговые сигналы, регистрируемые ФЭУ, оцифровывает и передает данные в центральный модуль гирлянды.

В.А.Рубаков - академик, руководитель секции ядерной физики Отделения физических наук РАН

"В ансамбле известных на сегодня элементарных частиц нейтрино занимает позиции одного из легчайших его участников и прочно закрепило за собой в последние десятилетия статус величайшей "интриганки". Уникальность этой частицы, как носителя информации о процессах, протекающих во Вселенной, обусловлена её сверхслабым взаимодействием с веществом.

Природный поток нейтрино несет в себе богатейшую, и во многих отношениях уникальную, информацию об окружающем нас мире. Исследование этого потока в различных энергетических диапазонах способно дать ключ к пониманию ранних стадий эволюции Вселенной, процессов формирования химических элементов, механизма эволюции массивных звезд и взрывов Сверхновых, пролить свет на проблему темной (невидимой) материи, на состав и внутреннее строение Солнца сегодня и в достаточно удаленном прошлом, и даже продвинуться в понимании проблемы внутреннего строения одного из наиболее трудных для изучения объектов -- планеты Земля."


Установка в состав гирлянды акустического устройства для определения координат оптических модулей, разработанных EvoLogiks (Германия) и НИИПФ Иркутского государственного университета

В.А.Матвеев - академик, директор Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна)

"Идея регистрации элементарных частиц на крупномасштабных черенковских детекторах в естественных прозрачных средах была впервые высказана в начале 60-х годов прошлого века выдающимся советским ученым М.А. Марковым. По предложению академика А.Е. Чудакова в СССР началась разработка метода глубоководного детектирования, ориентирующаяся на оз. Байкал как на полигон для испытаний и место развертывания будущих крупномасштабных нейтринных телескопов. Выбор Байкала был обусловлен высокой прозрачностью пресных глубинных вод, глубиной озера, наличием ледового покрова, позволяющего в течение двух зимних месяцев вести с него монтаж глубоководной аппаратуры. Датой начала Байкальского нейтринного эксперимента можно считать 1 октября 1980 г., когда в Институте ядерных исследований АН СССР (ныне ИЯИ РАН) была создана лаборатория нейтринной астрофизики высоких энергий под руководством Г.В. Домогацкого, ставшая впоследствии ядром Байкальской коллаборации, в состав которой на разных этапах входили Объединенный институт ядерных исследований (Дубна), Иркутский государственный университет, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, исследовательский центр DESY-Zeuthen (Германия), Нижегородский государственный технический университет, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет и ряд других научно-исследовательский организаций России, Венгрии, Германии, Чехии, Словакии. В настоящее время, на стадии обсуждения - участие Краковского Института ядерной физики (Польша).

Акустическое устройство для изучения возможности регистрации нейтринных событий по акустическим сигналам

В период с 1993 г. по 1998 г. на Байкале был развернут первый в мире глубоководный нейтринный телескоп НТ200, содержавший 192 фотодетектора, сгруппированных в восемь вертикальных гирлянд, размещенных на глубине 1100--1200 м и охватывающих 100 000 кубических метров пресной воды. Уже из набора экспериментальных данных 1994 года были выделены первые в мировой практике глубоководных и подледных экспериментов события от нейтрино. Была реализована широкая программа научных исследований и получены одни из наиболее значимых для своего времени результатов в задачах поиска нейтрино от локальных источников, диффузного потока нейтрино, получены ограничения на величину потока магнитных монополей и потока мюонов от распада частиц темной материи в центре Земли и Солнца.

Идея глубоководной регистрации в своей ледовой модификации, когда вместо естественного водоема фотодетекторы погружаются в прозрачный антарктический лед, привела к созданию на Южном полюсе нейтринного телескопа IceCube объемом 1 куб. км (ведущие участники коллаборации -- США, Германия, Швеция), на котором были впервые зарегистрированы в 2010--2013 г.г. "астрофизические" нейтрино высоких энергий, т.е. нейтрино, родившиеся за пределами солнечной системы. Регистрация этих нейтрино, ознаменовавшая рождение нейтринной астрономии, поставило на повестку дня необходимость создания нейтринных телескопов близкой мощности в Северном полушарии с тем, чтобы вести исследование источников нейтрино высоких энергий по всей небесной сфере. ОИЯИ, уже имеющий многолетний опыт участия в байкальском нейтринном проекте, принял решение рассматривать работу по созданию крупномасштабного нейтринного телескопа BAIKAL-GVD в качестве одного из своих научных приоритетов."


Транспортировка лебедок в ледовый лагерь для установки гирлянд ОМ

Г.В. Домогацкий - член-корреспондент РАН, координатор Байкальского нейтринного проекта.

"Успешная эксплуатация на протяжении свыше десяти лет нейтринного телескопа НТ200 и результаты анализа полученных на нем данных доказали эффективность метода глубоководной регистрации нейтрино в пресной воде оз. Байкал. Следующим шагом стала разработка проекта телескопа нового поколения BAIKAL-GVD с просматриваемым объемом водной массы порядка 1 куб. км. В течение 2006--2010 г.г. были разработаны, изготовлены и испытаны в натурных условиях образцы всех базовых элементов и систем телескопа Baikal-GVD. Телескоп будет иметь модульную структуру, формируемую из функционально независимых установок - кластеров вертикальных гирлянд оптических модулей. Модульная структура телескопа позволит вести набор экспериментальных данных уже на ранних этапах развертывания установки и обеспечивает перспективу практически неограниченного наращивания его объема. Выбранная структура телескопа позволит также изменять его конфигурацию по мере изменения во времени научных приоритетов. В 2011 г. начался заключительный этап комплексных натурных испытаний элементов и систем телескопа, завершившийся в 2015 г. созданием глубоководной установки "Дубна" - первого кластера нейтринного телескопа Baikal-GVD. Кластер содержит 192 фотодетектора, размещенных на 8 вертикальных гирляндах длиной 345 м каждая, и является одним из двух наиболее мощных детекторов нейтрино высоких энергий в Северном полушарии. Следующим этапом развития проекта Baikal-GVD является последовательное увеличение объема телескопа за счет развертывания новых кластеров. К 2020 г. планируется создание установки, состоящей из 10--12 кластеров общим объемом порядка 0.5 куб. км, сопоставимым с чувствительным объемом IceCube для регистрации нейтрино высоких энергий астрофизической природы. Ожидается, что вторая очередь телескопа будет содержать 27 кластеров с общим объемом порядка 1.5 куб. км."


Ледовый лагерь. Лебедки для установки гирлянд оптических модулей располагаются в заранее размеченных местах с точной привязкой к геофизическим координатам и заранее проделанным прорубям во льду (майнам).

Кристиан Шпиринг, глава проекта Global Neutrino Network, в прошлом руководитель коллаборации IceCube:

"Сделан важный волнующий шаг в создании нейтринного телескопа нового поколения на озере Байкал. Такой телескоп станет ключевой установкой будущей международной нейтринной обсерватории, в которую будут входить детекторы на Южном полюсе, в Средиземном море и на озере Байкал. Коллаборация Байкал явилась основоположником этой технологии в 80-е и 90-е годы и провела измерения частиц нейтрино, рождающихся в атмосфере Земли. Два десятилетия спустя, в 2013 году детектор IceCube в Антарктике зарегистрировал первые нейтрино высоких энергий, родившиеся далеко за пределами Земли и Солнечной системы. Это открытие, которое давно ждали, ускорило создание проектов подобных больших детекторов в Северном полушарии. С вводом в эксплуатацию кластера "Дубна" коллаборация Байкал выходит на ведущие позиции в этих исследованиях.

Детектор IceCube лишь немного приоткрыл завесу тайны нейтрино высоких энергий во Вселенной. В будущем партнеры по проекту Global Neutrino Network составят полную карту этой новой космической территории. Нас ждут великие научные открытия на озере Байкал!"

Заключительный ритуал. Каждый должен подержаться за последнюю веревочку, связывающую установленный кластер с поверхностью льда и подумать: все ли сделано для бесперебойной работы кластера

Команда, осуществившая установку в озере Байкал кластера «Дубна» - первого кластера Байкальского глубоководного нейтринного телескопа Baikal-GVD.

Контактные лица:

Домогацкий Григорий Владимирович, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией ИЯИ РАН, координатор Байкальского нейтринного проекта, domogats@yandex.ru, +7(499)783-9298, +7(903)6293270

Бедняков Вадим Александрович, директор Лаборатории ядерных проблем им. В.П. Джелепова ОИЯИ, bedny@jinr.ru, +7(496)216-5263

Рубцов Григорий Игоревич, заместитель директора ИЯИ РАН, grisha@ms2.inr.ac.ru, +7(499)135-05-85, +7(903)755-17-32

Коллаборация "Байкал" включает в себя сегодня - Институт ядерных исследований РАН (Москва), Объединенный институт ядерных исследований (г. Дубна), Иркутский государственный университет, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Нижегородский государственный технический университет, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет, компанию Evologic ( Германия), Институт ядерной физики (Ржеж) и Институт экспериментальной и прикладной физики (Пражский Университет, Чехия), Братиславский университет (Словакия).

 



WWW.INR.RU 2001© webmasters