كان اكتشاف النيوترينوات الفيزيائية الفلكية عالية الطاقة في عام 2013 بمثابة ولادة مجال جديد للمعرفة - الفيزياء الفلكية للنيوترينو عالية الطاقة. حدث هذا عندما اكتشف كاشف IceCube ، الموجود في القطب الجنوبي في جليد أنتاركتيكا ، لأول مرة نيوترينوات ذات طاقات أعلى من 1000 إلكترون فولت. حتى الآن ، سجلت تجربة IceCube أكثر من 100 نيوترينوات فيزيائية فلكية عالية الطاقة في نصف الكرة الجنوبي. لاكتشاف النيوترينوات من جميع أنحاء السماء ، يلزم وجود تلسكوب نيوترينو بحجم جيجا طن في نصف الكرة الشمالي. لذلك ، بدءًا من عام 2015 ، يتم بناء تلسكوب النيوترينو من الجيل الثاني BAIKAL-GVD بنشاط على بحيرة بايكال.
يعد تلسكوب بايكال نيوترينو قيد الإنشاء مرفقًا علميًا فريدًا ، إلى جانب تلسكوبات IceCube و ANTARES و KM3NeT ، يعد جزءًا من شبكة النيوترينو العالمية (GNN) كعنصر أساسي في الشبكة في نصف الكرة الشمالي من الأرض.
النيوترينو هو "راوي" ممتاز عن الكوارث الفيزيائية الفلكية. إنه يطير عبر الكون ، عمليا لا يمتصه أي شخص أو أي شيء. نظرًا لأن هذا الجسيم محايد ، فإنه لا ينحرف عن طريق المجالات المغناطيسية والكهربائية ، مما يعني أن مصدره يكمن بالضبط في الاتجاه الذي سُجل منه ظهور النيوترينوات. مصادر النيوترينوات الكونية التي تصل إلى الأرض هي انفجارات المستعر الأعظم ، الثقوب السوداء ، نوى المجرة النشطة أو أنظمة النجوم الثنائية. هذا هو السبب في أن النيوترينوات هي أداة ممتازة لدراسة العمليات التي تحدث في الفضاء.
تم تصميم تلسكوب نيوترينو BAIKAL-GVD لتسجيل ودراسة تدفقات النيوترينو عالية الطاقة من المصادر الفيزيائية الفلكية. بمساعدته ، يخطط العلماء للتحقيق في العمليات مع إطلاق ضخم للطاقة حدث في الكون في الماضي البعيد. أحد ألغاز الفيزياء الفلكية الحديثة هو آلية ولادة النيوترينوات الفيزيائية الفلكية في الكون ، وهي طاقة أكثر بمليارات المرات من النيوترينوات الشمسية ، وسيكون تلسكوب بايكال للنيوترينو ، بفضل خصائصه الفريدة ، قادرًا على إلقاء الضوء على هذا اللغز.
تلسكوب بايكال نيوترينو هو كاشف للنيوترينو يقع في بحيرة بايكال على مسافة 3.6 كيلومتر من الساحل حيث يصل عمق البحيرة إلى 1366 مترًا ، ولم يتم اختيار موقع التثبيت بالصدفة. أولا ، هناك سكة حديد في هذه المنطقة وخطوط كهرباء. مركز صناعي وعلمي كبير ، مدينة إيركوتسك ، يقع على بعد 55 كم من الكاشف. ثانياً ، مياه البحيرة عذبة ، مما يمنع الضرر المحتمل للمعدات. ثالثًا ، لمدة شهرين في السنة ، البحيرة مغطاة بغطاء جليدي قوي ، مما يسمح بتنفيذ أعمال التركيب دون خوف. وأخيرًا ، يفتقر بايكال إلى توهج الخلفية من K40 والإضاءة الحيوية ، والتي لها طابع مضيئة.
يمكنهم منع الكاشف من العمل بشكل صحيح.
عندما تمر النيوترينوات عبر عمود الماء في بايكال ، هناك احتمال أن بعض الجسيمات المراوغة ستستمر في إيقافها بواسطة الماء. في حالة حدوث مثل هذا التفاعل ، يتم تكوين إما ميون أو سلسلة دش من الجسيمات عالية الطاقة. يتسبب كل من الميون وشلال الدش في وهج الماء ، وهو ما يسمى بإشعاع Cherenkov في الفيزياء ، وهي ظاهرة اكتشفها الفيزيائيان السوفيتي P. A. Cherenkov و S.I.Vavilov. يحدث هذا التوهج عندما يتحرك جسيم مشحون (على سبيل المثال ، الميون) في الماء بسرعة أكبر من سرعة الضوء في الماء (تقل سرعة الضوء في الماء عكسياً مع معامل الانكسار). في الواقع ، تحدث ظاهرة يتفوق فيها الميون على الضوء. تتمثل مهمة الكاشف في تسجيل إشعاع Cherenkov وفصل الأحداث مع النيوترينوات الفيزيائية الفلكية عن الأحداث المحتملة الأخرى.
أكبر وحدة هيكلية في GVD هي الكتلة. لعام 2020 ، يحتوي الكاشف على سبع مجموعات تقع على مسافة 300 متر من بعضها البعض ، وتتكون كل مجموعة من 8 أكاليل معلقة رأسياً تتدلى عليها الوحدات البصرية الزجاجية - 36 على كل إكليل. وفقًا للمشروع ، يجب أن يكون حجم التركيب النهائي في بحيرة بايكال حوالي كيلومتر مكعب واحد.
يتم بناء تلسكوب بايكال للنيوترينو اليوم من خلال التعاون الدولي مع الدور الرائد لمعهد الأبحاث النووية التابع لأكاديمية العلوم الروسية (موسكو) - مؤسس هذه التجربة واتجاه "علم فلك النيوترينو" في العالم ، والمعهد المشترك للأبحاث النووية (دوبنا). في المجموع ، يشارك في المشروع أكثر من 70 عالمًا ومهندسًا من عشرة مراكز بحثية في روسيا وألمانيا وبولندا وجمهورية التشيك وسلوفاكيا.
صور بير شيبونوف