IceCube

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Буровая вышка и барабан со шлангом для бурения скважин «Ледяного кубика», декабрь 2009 г.

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]

Один из цифровых оптических модулей, который в настоящее время находится в скважине № 85.

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]

  1. «Завершено строительство нейтринной обсерватории IceCube» (недоступная ссылка). Дата обращения: 21 декабря 2010. Архивировано 22 декабря 2015 года.
  2. 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.
  3. Впервые зарегистрированы нейтрино внегалактического происхождения. Индикатор.ру (12 июля 2018). Дата обращения: 12 июля 2018. Архивировано 13 июля 2018 года.
  4. 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.
  5. Алексей Понятов. Космические нейтрино высоких энергий рождаются квазарами // Наука и жизнь. — 2021. — № 4. — С. 16.

Ссылки[править | править код]