Коллаборация "Байкал": станция работает круглогодично

Опубликовано в еженедельнике ОИЯИ "Дубна"  ? 26 (2010)

Рабочие совещания коллаборации "Байкал" проходят в Дубне два раза в год. В коллаборацию входят ОИЯИ, Институт ядерных исследований РАН (Москва), НИИЯФ МГУ, РНЦ "Курчатовский институт", германский исследовательский центр DESY (отделение в Цойтене), Иркутский и Нижегородский госуниверситеты, Санкт-Петербургский морской государственный технический университет. Несколько дней коллеги интенсивно обсуждают и анализируют результаты работы разных групп, входящих в коллаборацию, намечают планы на следующие полгода, обсуждают предстоящую зимнюю экспедицию. С 1980 года коллаборацию возглавляет доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией нейтринной астрофизики высоких энергий ИЯИ РАН, член-корреспондент РАН Григорий Владимирович Домогацкий. Он рассказал нашему корреспонденту Ольге ТАРАНТИНОЙ об истории и перспективах развития проекта.

Эту область исследований ядерные центры мира начали культивировать сравнительно недавно - в 1970-е. Мы занимаемся удивительной физикой, называемой по-английски astroparticle physics и до сих пор не имеющей хорошего русского перевода. Ее называют, не совсем правильно, космомикрофизикой. Она нацелена на изучение устройства Вселенной, с одной стороны, и получение данных в области физики элементарных частиц, с другой, - это единая наука о строении вещества на микро- и макроуровне. Относительно недавно были созданы великолепные подземные установки в Европе, России, Канаде и Японии, и именно на них, а не на ускорителях и реакторах, были открыты важнейшие свойства нейтрино. Это ярчайший пример взаимодействия исследований в области астрономии и физики элементарных частиц.

Из истории вопроса

Вообще, нейтрино, в первую очередь, солнечные, - как инструмент исследования строения окружающего нас мира проявились в 1960-е годы. В 1987 году были зарегистрированы нейтрино от взрыва сверхновой звезды в Большом Магеллановом облаке. Идею создания детекторов нейтрино в естественных средах: вода, лед, - позволяющих значительно увеличть регистрирующий объем, еще в 1960 году высказал небезызвестный в Дубне академик М.А.Марков. Зачем нужен большой объем? Чем больше детектор, тем более редкие процессы можно наблюдать. Американский физик Ф.Райнес (получивший в 1995 году Нобелевскую премию за открытие нейтрино как частицы) пытался реализовать эту идею в Тихом океане в районе Гавайских островов в 1970-1980-е. Попытки завершились официальным закрытием проекта DUMAND в 1996 году. Он предлагал Моисею Александровичу поработать вместе, но после ввода советских войск в Афганистан начавшее было развиваться сотрудничество быстро сошло на нет.

Замечательный физик-экспериментатор академик РАН А.Е.Чудаков предложил Маркову попробовать использовать для этих целей Байкал - в его пресной воде намного меньше микроорганизмов, чем в морской, нет радиоактивного калия-40, достаточная глубина и прочный лед зимой, избавляющий от необходимости использования дорогостоящей специальной аппаратуры и кораблей.

Нейтринный телескоп на Байкале

Справка. Байкальский нейтринный проект - один из крупных проектов, направленных на развитие нейтринной астрофизики. Байкальский нейтринный телескоп состоит из двухсот фотоумножителей, размещенных на 11 тросах, закрепленных на глубине 1367 м почти в четырех километрах от берега. Детектор НТ-200, создававшийся в тяжелые 1990-е годы, остается одним из мировых лидеров в решении ряда задач нейтринной астрофизики высоких энергий. На нем получены одни из лучших результатов в мире по поиску темной материи, в решениях задачи исследования природного диффузного потока нейтрино высоких энергий (свыше 10 ТэВ), задачи поиска магнитного монополя.

В экспериментах по поиску нейтрино, рождающихся при аннигиляции массивных частиц темной материи в центре Земли и Солнца, мы среди лучших. Эти эксперименты позволили ограничить возможные свойства частиц темной материи, которые весь мир ищет на самых различных установках - наземных, подземных, на спутниках. И каждый следующий успешный эксперимент загоняет темную материю дальше в угол. По поиску гипотетической частицы - магнитного монополя мы поставили наиболее чувствительный на сегодняшний момент эксперимент. А его ищут с 1930-х годов - с легкой руки П.Дирака, сказавшего, что было бы очень странно, если бы природа не реализовала такую возможность. В нашей области нет прорывных направлений, о которых сегодня так много говорят, имея в виду непосредственные приложения результатов научных исследований, но есть возможность экспериментально исследовать фундаментальные проблемы астрофизики, физики элементарных частиц, космологии, и поэтому в мире в эту физику делаются очень большие вложения. Да и в России сегодня это один из амбициозных проектов.

Станция работает круглогодично. Каждую зиму на ней проводятся ремонтные работы и модернизация. Зимой работает экспедиция, а летом те же сотрудники в режиме дежурных операторов контролируют набор данных. Но многими процессами они уже управляют прямо отсюда (мы разговариваем с Григорием Владимировичем в отделе ядерной спектроскопии и радиохимии ЛЯП). Обработка и анализ данных ведутся в ОИЯИ, Германии, Иркутске, ИЯИ.

НТ-1000

По мере нашего развития (а у нас сложился очень сильный коллектив, в котором много молодежи) стало ясно, как расширять станцию, чтобы видеть более редкие и более далекие события во Вселенной. Постепенно мы поняли, что возможности Байкала и наша квалификация позволяют подойти к созданию детектора следующего поколения, "кубокилометрового" объема. Это уже приближается по возможностям к детектору Ice Cube, создаваемому в Антарктиде физиками США, Германии и Швеции. Поэтому с 2007 года, наряду с поддержкой старой техники и набором данных, идет накопление новых технических разработок и прототипов элементов - частей будущего детектора. Затем последуют кропотливые испытания всех элементов, и этот процесс нельзя миновать: нужно знать, как элемент поведет себя в воде, протекает или нет, определить другие его особенности.

Рабочее совещание

Экспедиция этого года получилась чрезвычайно трудной по климатическим условиям: с декабря по март стояли сильные морозы без оттепелей. На озере намерз лед толщиной больше метра - а нужно было пробить и ежедневно поддерживать в рабочем состоянии около двух десятков майн (больших прорубей). Испытана одна гирлянда, и сегодняшнее совещание обсудило полученные результаты: стало понятно, что необходимо исправить. Параллельно с эволюцией техники идет и идейное созревание самих исследователей: становится яснее, какие технические задачи предстоит решить и как их правильно решать. Глубоководная деятельность - всегда дорога в неведомое. Сколько бы мы ей ни занимались, каждый год сталкиваемся с чем-то новым. А когда испытываешь новую технику - тем более.

P.S. Когда ты ищешь то, про что точно не известно, существует ли оно вообще, или ищешь очень редкое явление природы, то главное - задать природе правильно поставленный вопрос.