IceCube (IceCube)
IceCube (рус. «Ледяной куб» или «Ледяной кубик», произносится «АйсКьюб») — нейтринная обсерватория, построенная на антарктической станции Амундсен-Скотт. Как и его предшественник, мюоно-нейтринный детектор AMANDA, IceCube расположен глубоко в толще антарктического льда. На глубине от 1450 до 2450 м помещены прочные «нити» с прикреплёнными оптическими детекторами (фотоумножителями). Каждая «нить» имеет 60 фотоумножителей. Оптическая система регистрирует черенковское излучение мюонов высокой энергии, движущихся в направлении вверх (то есть из-под земли). Эти мюоны могут рождаться только при взаимодействии мюонных нейтрино, прошедших сквозь Землю, с электронами и нуклонами льда (и слоя грунта подо льдом, толщиной порядка 1 км). Поток мюонов, движущихся сверху вниз, значительно выше, однако они большей частью рождаются в верхних слоях атмосферы частицами космических лучей. Тысячи километров земного вещества служат в качестве фильтра, отсекая все частицы, которые испытывают сильное или электромагнитное взаимодействие (мюоны, нуклоны, гамма-кванты и т. п.). Из всех известных частиц только нейтрино могут пройти Землю насквозь. Таким образом, хотя IceCube расположен на Южном полюсе, он обнаруживает нейтрино, приходящие с северной полусферы неба.
Название детектора связано с тем, что общий объём использующегося в нём черенковского радиатора (льда) в проектной конфигурации достигает 1 кубического километра.
Статус постройки
[править | править код]Строительство нейтринного телескопа было начато в 2005 году — тогда под лёд была погружена первая «нить» с оптическими детекторами. В следующем году количество нитей достигло 9 штук, что сделало IceCube крупнейшим нейтринным телескопом в мире. В течение следующих двух летних сезонов были установлены 13 и затем 18 нитей с детекторами. Строительство обсерватории завершено в 2010 году, когда последние из 5160 предусмотренных проектом оптических модулей заняли своё место в толще антарктического льда[1]. Однако набор данных начался ещё раньше. Первое нейтринное событие было зарегистрировано 29 января 2006 года.
Задачи
[править | править код]
Детектирование нейтрино
[править | править код]Хотя проектный темп регистрации нейтрино детектором невелик, угловое разрешение достаточно хорошее. В течение нескольких лет ожидается построение карты потока высокоэнергичных нейтрино из северной небесной полусферы.
Источники гамма-излучения
[править | править код]Столкновение протонов с протонами либо с фотонами обычно порождает элементарные частицы пионы. Заряженный пион распадается главным образом на мюон и мюонное нейтрино, в то время как нейтральный пион обычно распадается на два гамма-кванта. Потенциально поток нейтрино может совпадать с потоком гамма-квантов для таких источников, как гамма-всплески и остатки сверхновых. Данные, полученные с помощью обсерватории IceCube, объединённые с данными таких детекторов высокоэнергичных гамма-квантов, как HESS и MAGIC, помогут лучше понять природу этих явлений.
Теория струн
[править | править код]Учитывая мощность и местоположение обсерватории, учёные намерены провести серию экспериментов, призванных подтвердить либо опровергнуть некоторые утверждения теории струн, в частности — существование так называемого стерильного нейтрино.
Результаты
[править | править код]22 сентября 2017 года детектор зарегистрировал событие IceCube-170922A, представляющее собой трек мюона, образовавшегося в результате взаимодействия со льдом прилетевшего из нижней полусферы мюонного нейтрино сверхвысокой энергии (около 290 ТэВ)[2]. В результате сопоставления данных о направлении и времени прилёта нейтрино с наблюдениями других астрономических инструментов (включая гамма-, рентгеновские, радио- и оптические телескопы) впервые удалось отождествить источник космических нейтрино сверхвысоких энергий. Им оказался блазар TXS 0506+056, находящийся в созвездии Ориона на расстоянии около 4 млрд световых лет[2]. Директор Национального научного фонда США, финансирующего IceCube, Франс Кордова по поводу данного открытия заявил: «Наступила эпоха многоканальной астрономии. Каждый канал — электромагнитный, гравитационно-волновой и теперь нейтринный — помогает нам в ещё более полном объёме понять Вселенную, а также важные процессы в самых мощных объектах на небе»[3].
В 2020—2021 гг. российские исследователи на основе данных IceCube обосновали генерацию нейтрино с энергиями от 1 ТэВ блазарами и установили, что приход таких нейтрино связан со вспышками радиоизлучения блазаров[4]. Идея проверить именно радиоизлучение квазаров по направлениям прихода нейтрино, а не проверявшееся до этого гамма-излучение принадлежит Ю. Ю. Ковалёву[5].
Примечания
[править | править код]- ↑ «Завершено строительство нейтринной обсерватории IceCube». Дата обращения: 21 декабря 2010. Архивировано из оригинала 22 декабря 2015 года.
- ↑ 1 2 Астрономы впервые нашли источник нейтрино сверхвысоких энергий. Это был блазар. Nplus1.ru (12 июля 2018). Дата обращения: 12 июля 2018. Архивировано 13 июля 2018 года.
- ↑ Впервые зарегистрированы нейтрино внегалактического происхождения. Индикатор.ру (12 июля 2018). Дата обращения: 12 июля 2018. Архивировано 13 июля 2018 года.
- ↑ Plavin A. V., Kovalev Y. Y., Kovalev Yu. A., Troitsky S. V. Directional Association of TeV to PeV Astrophysical Neutrinos with Radio Blazars (англ.) // Astrophysical Journal. — 2021. — Vol. 908, iss. 2.
- ↑ Алексей Понятов. Космические нейтрино высоких энергий рождаются квазарами // Наука и жизнь. — 2021. — № 4. — С. 16.
Ссылки
[править | править код]
- Официальный сайт Архивная копия от 27 марта 2021 на Wayback Machine (англ.)
- «Ледяная астрономия: Подледный лов нейтрино» Архивная копия от 28 декабря 2008 на Wayback Machine, Популярная механика, 2008
- Арктическая лаборатория IceCube раскрывает тайны происхождения вселенной Архивная копия от 11 сентября 2019 на Wayback Machine
- Нейтринный детектор IceCube окончательно доказал реальность астрофизических нейтрино Архивная копия от 28 мая 2014 на Wayback Machine // Элементы.ру, 2014
| Открытия | |
|---|---|
| Действующие | |
| Строящиеся | |
| Закрытые | |
| Предложенные | |
| Отменённые | |
