A tudomány kubikus kilométere

A tudomány kubikus kilométere

Dmitry Mamontov
"Népszerű mechanika" №2, 2014

Néhány éven belül el kell kezdeni a csillagászat történetének egyik legnagyobb és legérdekesebb eszközt – a KM3NeT neutrínó teleszkópot, amely mélyen a Földközi-tenger felszínén helyezkedik el.

A csillagászok a megfigyelések módszerével tanulmányozzák az Univerzumban előforduló folyamatokat messze tőlünk. A bolygó felszínén és az űrben számos megfigyelőközpont látja el a sugárzást számos tartományban – a rádióhullámoktól a nagy energiájú gamma-sugarakig.

A víz alatti neutrínó-teleszkóp érzékelőinek felszereléséhez speciális gömbös tartályt terveztek, amelyhez speciális optikai modulokat szereltek fel. A tartály az aljáig esett, majd akusztikus jelzéssel felszabadult az armatúráról, és elkezdett lebegni, a kábel kivételével. A felszíni tartály újrahasznosítható

Azonban az elektromágneses sugárzás eljuthat a Föld megfigyelőihez az Univerzum kiterjedéséből, és eltorzulhat. De vannak olyan részecskék, amelyek még akkor sem felszívódnak, ha nagyon nagy távolságra vannak elosztva. Ez egy neutrínó.Igaz, az érme másik oldala is – ugyanazon tulajdonságnak köszönhetően, az anyaggal gyengén érintkező neutrínók nagyon nehéz észlelni.

A neutrínók regisztrálásához és a részecskék energiájának meghatározásához (a "helyi" napsemleges neutronok megkülönböztetése a nagy energiájú társaiktól, akik a mély térből repültek), rendkívül érzékeny eszközöket és hatalmas mennyiségű anyagot kell használni a neutrínókkal kölcsönhatásban.

Például, a jég, mint a nemrég épült az antarktiszi állomás Amundsen-Scott neutrino teleszkóp IceCube ("Ice Cube"). Az elkövetkező években a Földközi-tenger mélyén épül fel a KM3NeT (KM3 Neutrino Telescope, egy köbméteres neutrínó teleszkóp), amely több ezer szuperérzékeny érzékelővel van ellátva.

A vizek alatt

A KM3NeT nem teljesen a semmiből készült. Jelenleg a Földközi-tenger hódítóan nyújt mélységeket a neutron csillagászat ANTARES projektjéhez (Csillagászat Neutrino Telescope és Abyss környezeti RESearch projektjével) Toulon partjainál. Egy másik, NEMO (NEutrino Mediterranean Observatory) projekt, amely valójában a köbméteres teleszkóp prototípusává vált, az ANTARES egy sokkal nagyobb nemzetközi KM3NeT projektbe kezd.

"A KM3NeT a neutrínócsillagászat legmodernebb projektje" – mondja Evgeny Shirokov, a nukleáris fizika atomerőmű nukleáris kutatóintézete elektromágneses folyamata és kölcsönhatásainak kutatója, a D.V. Skobeltsyn, a moszkvai Állami Egyetemen. hogy 2016-tól 2017-ig üzembe kerül, majd elkezdi felvenni az asztrofizikai neutrínókat távoli csillagokból, galaktikus magokból, szupernóva.

A Mediterrán Neutrino Teleszkóp egy függőleges szerkezet. Ez magában foglalja a 320 méteres, 900 m hosszú kábelt, amelyet alul rögzítenek horgonyok segítségével. A kábelek függőleges helyzetben tartása érdekében úszókkal vannak felszerelve. Hat méteres keretek digitális optikai modulokkal a végeken rögzítik a kábeleket. 20 ilyen, 40 méteres távolságban levő keretet terveznek, az alsó szintet a tengerfenéktől száz méterre helyezik el. Egy legalább 2 km tetejű vízoszlop védi a távcsövet a napfénytől. "

A nagy energiájú kozmikus neutrínók viszonylag alacsony áramlása és gyenge kölcsönhatása az anyaggal nagyon masszív detektort igényel (1012 kg).Az egyik lehetőség az, hogy természetes víztározókat alkalmazzanak az optikai modulok háromdimenziós tömbjeinek elhelyezésére, a napfény megvilágításának (kb. 1 km) alá helyezésével és még mélyebben, hogy minimálisra csökkentsék a sugárzási érzékelők expozícióját a kozmikus sugárzás kölcsönhatásából vízzel

Nyissa ki a második szemet

Evgeny Shirokov, Kutató, Atom-magok elektromágneses folyamatait és kölcsönhatásait, az atomfizika tudományos kutatóintézetét D.V. Skobeltsyna MSU:
"A KM3NeT kiegészíti az IceCube Antarktisz teleszkópot, és ezzel a két teleszkóppal olyan globális neutrínó megfigyelőközpontot hozhat létre, amely nyomon fogja követni a neutrínó eseményeit az egész égi szférában"

Miért van szüksége egy mediterrán teleszkópra, ha már rendelkezik ilyen eszközzel a déli póluson? Az a tény, hogy minden ilyen típusú neutrínó-detektor, akár földalatti, akár víz alatti, "nem", hanem lefelé – a bolygó vastagságán keresztül, amely "fényszűrő" -ként működik, ami késlelteti a részecskéket, kivéve a neutrínókat. Ezért, ahogy Eugene Shirokov elmagyarázza, a déli pólusra nézve látja az északi féltekéről érkező neutrínókat: "Az antarktiszi műszer IceCube csak az égi szféra felét látja.

Ha látni szeretné a második felét, amely magában foglalja a Galaktikus lemez legnagyobb részét, beleértve a galaxisunk középpontját is, szükségünk van egy bolygó északi féltekén található teleszkópra. Ezért a KM3NeT lesz az IceCube kiegészítője. E két teleszkóp segítségével globális neutrínó megfigyelőközpontot hozhat létre, amely neutrínó eseményeket rögzít, az égi szféra bármely részén, amelyikben előfordulnak. Ez a projekt azonban csak 2018-2019-ben lesz lehetséges, de előbb egy köbméteres távcsövet kell létrehoznia az északi féltekén. "

Az orosz tudósok aktívan részt vesznek ebben a projektben. Az INP MSU kifejlesztette a NEMO neutrínó teleszkóp fotomultiplier prototípusát, amely az Olasz Nemzeti Nukleáris Fizikai Intézet (INFN) projektje volt. Az optikai modulok, amelyek tervezése fotomultipliereket tartalmaz, most a KM3NeT detektor tervezés részeként működnek. Több mint 5000 ilyen modul lesz a KM3NeT-ben, körülbelül ugyanannyi optikai modult tartalmaz a mai legnagyobb neutrínó megfigyelőközpont – az Antarktisz IceCube. És a ANTARES-ban, amely a KM3NeT szerves részévé válik, csak 500 db van, így a skála 10-12-szeresére nő.

Élő fény

A KM3NeT projekthez létrehozott digitális optikai modulok rendkívül nagy érzékenységgel rendelkeznek. Ezért a neutrínó megfigyelő központok nagy mélységben helyezkednek el a jég alatt, a föld alatt vagy a víz alatt, amelyek megbízhatóan védik az érzékelőket az oldalfénytől. "De az a tény, hogy a tengervízben, még a 3-3,5 km-es mélységben is, sok lélek él a sötétben," – magyarázza Jevgeny Shirokov. mint a Cherenkov-sugárzás, így ez a biolumineszcencia az érzékelők megvilágítását hozza létre, ami jelentősen zavarja a távcsövet . Ez úgy történt, kollégám Vladimir Kulikovskii akik gyakorolják módszer az érzékelők ANTARES távcső. "

Neutrino szemek

A KM3NeT neutrínó teleszkóp működési elve azon a tényen alapul, hogy a neutrínó az anyaggal való kölcsönhatás során egy muont alkot, amely a vízben mozgó Cherenkov-sugárzást generál.Ez a sugárzás érzékeny optikai modulokkal érzékelhető.

A KM3NeT digitális optikai moduljai átlátszó műanyag gömbök, 43 cm átmérőjűek, és védik a törékeny töltést egy több kilométeres tengervíz-oszlop nyomásától.

Mindegyik digitális optikai modul 31 fotomultiplierrel, valamint kalibráló berendezéssel rendelkezik: egy iránytű, dőlésszenzorok a modul helyének meghatározásához a mélyben lévő térben, egy szonár piezomikrofon a visszhangjelző hangjelek fogadásához és a modul koordinátáinak meghatározásához, valamint egy miniatűr LED-jelzőt, amelyet egy jel kalibrálhat a szomszédos modulok érzékenysége. Minden területen két elektronikus modul felelős a jelek összegyűjtéséért, mindegyik saját féltekén. Az összegyűjtött információkat száloptikai kábelen keresztül továbbítják. A fotomultipliereket két, háromdimenziós struktúrában rögzítik 3D-s nyomtatással: az egyik az alsó féltekén 19 fotomultipírert és egy hidroakusztikus piezo mikrofont támogat, a második, a felső 12 fotomultipillert és egy LED beacont. Az elektronika hűtési rendszere a gömb tetején van felszerelve.A tömítéseket tömítések biztosítják, és összeszerelés után a gömböt speciálisan ragasztják kívülről.

Hallgassa meg a neutrínót

"Most kezdünk egy nagyon érdekes, de rosszul megértett irányba bekapcsolódni – a neutrínó víz alatti akusztikáját – tette hozzá Yevgeny Shirokov." Az ötlet a neutrínók nem a fény használata, hanem egy olyan akusztikus jel használatával történik, amely akkor következik be, amikor a neutrínók kölcsönhatásba lépnek az anyaggal a vízben. Ez a módszer nagyon nagy előnyökkel jár, mivel az akusztikus jel a Cherenkov-sugárzáshoz képest messze elterjed, ami alapján az összes neutrino-detektor működik.

Az akusztikus jel több kilométeres távolságon át terjed, és ha neutrínó hidroakusztikán alapuló létesítmények jönnek létre a jövőben, nem köbméteres, de több száz köbméteres térfogatúak lehetnek. A neutrínó megfigyelések hatékonysága nagyságrendekkel növekedni fog! Igaz, ez elég nehéz feladat – mégis nincs egyértelmű megértése annak a mechanizmusnak, ahogyan az ultra-nagy energiájú részecskék egy bizonyos alakú hangjelzést adnak.Ráadásul az ilyen masszív felhasználású eszközök még mindig nagyon drágák. De már dolgozunk rajta. "


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: