Статья коллаборации Baikal-GVD вышла в
авторитетном научном журнале Physical Review D. В ней были опубликованы первые
результаты поиска астрофизических нейтрино на основе данных, собранных
байкальским глубоководным нейтринным телескопом Baikal-GVD. Было подтверждено
наличие нейтринного потока астрофизической природы, ранее обнаруженного антарктическим
нейтринным телескопом IceCube. Байкальский нейтринный телескоп – один из
российских проектов уровня “мегасайенс”. Он развивается, в том числе на
средства Минобрнауки РФ в рамках государственных программ. Торжественный запуск
телескопа Baikal-GVD состоялся в марте 2021 года при участии министра
образования и науки РФ Валерия Фалькова.

В опубликованной статье коллаборация Baikal-GVD
представила результаты измерения диффузного нейтринного потока космического
происхождения. Были проанализированы данные за последние четыре года. Всего
было выделено 25 событий-кандидатов на нейтрино астрофизической природы. Их
число и распределение по энергии близки к ожидаемым от диффузного потока,
зарегистрированного в эксперименте IceCube. Научная значимость этого результата
заключается в том, что подтверждается существование космических нейтрино и что
параметры нейтринного потока двух разных экспериментов совпадают в пределах
статистических и систематических неопределенностей.

Нейтринный телескоп Baikal-GVD – воплощение идеи
выдающегося советского физика академика Моисея Александровича Маркова,
высказанной им в 1960 году. Он предложил регистрировать нейтрино, “неуловимые”
частицы, в больших объемах воды естественных резервуаров, где на определенном
расстоянии друг от друга будут расположены детекторы света –
фотоумножители.

Нейтрино – уникальная элементарная частица без
заряда и с очень малой массой. Чтобы произошло взаимодействие с другой
частицей, нужны особые условия: нейтрино очень слабо взаимодействует с
веществом. Где-то в космическом пространстве происходят процессы с гигантским
выделением энергии, рождаются нейтрино, летят сквозь Вселенную и ни с чем не
взаимодействуют. Когда физики регистрируют нейтрино на Земле, они могут
определить направление, откуда прилетела частица, энергию, которая была в месте
ее рождения, и тип нейтрино: электронное, мюонное или тау-нейтрино.

Нейтринные телескопы в естественных средах активно
используются сегодня для регистрации и исследования потоков нейтрино
сверхвысоких энергий от астрофизических источников. Полученные данные дают
физикам возможность изучать космические процессы с огромным выделением энергии,
особенности эволюции галактик и формирования сверхмассивных черных дыр, а также
механизмы ускорения частиц.

В 1980 году в Институте ядерных исследований
Российской академии наук (ИЯИ РАН) была образована Лаборатория нейтринной
астрофизики высоких энергий под руководством члена-корреспондента РАН Григория
Владимировича Домогацкого. Ее целью было создание нейтринного телескопа в водах
озера Байкал и проведение на нем физических исследований. Сегодня совместно с
учеными из ИЯИ РАН в исследованиях на Байкале активно принимают участие физики
из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна), Иркутского
государственного университета (ИГУ) и ряда других отечественных и зарубежных
научных организаций.

За прошедшие 40 лет в мире было создано несколько
нейтринных телескопов. Это были телескопы первого поколения: НТ-200 на озере
Байкал, AMANDA на Южном полюсе (преемник проекта 1976 года DUMAND) и ANTARES в
Средиземном море. Эти установки позволили разработать и реализовать методику
регистрации нейтрино в естественных средах и подойти вплотную к созданию
телескопов кубокилометрового масштаба.

В Северном полушарии сейчас реализуются два проекта
по строительству нейтринных телескопов: Baikal-GVD на Байкале (3000 оптических
модулей) и KM3NeT/ARCA в Средиземном море (378 оптических модулей).

Байкальский нейтринный телескоп – уникальная научная
установка, расположенная в 3,6 км от берега на глубине около 1300 м. Baikal-GVD
эффективный инструмент многоканальной астрономии для решения задач нейтринной
астрофизики. Установка состоит из 10 кластеров, в каждом кластере по 8
вертикальных гирлянд, на каждой гирлянде 36 модулей. Оптическая система
регистрирует черенковское излучение мюонов и каскадов заряженных частиц высоких
энергий, рожденных в нейтринных взаимодействиях.

Схема нейтринного телескопа Baikal-GVD./Коллаборация
Baikal-GVD.

В 2011 году на Южном полюсе был запущен детектор
IceCube. В толще льда на глубине более двух тысяч метров было размещено около
пяти тысяч оптических модулей с чувствительными фотоумножителями внутри.

В 2013 году IceCube впервые объявил о том, что
обнаружил существование суммарного потока нейтрино космического происхождения
от многих источников – так называемого диффузного потока. Однако такой значимый
для развития нейтринной астрономии и астрофизики результат должен был
быть подтвержден другими экспериментами. Это и стало первоочередной задачей
нейтринных телескопов в Северном полушарии Baikal-GVD и KM3NeT/ARCA.

«Обнаружение природного потока нейтрино высоких
энергий астрофизического происхождения в эксперименте антарктическим
детектором IceCube теперь подтверждено результатами, полученными в Северном
полушарии нейтринным телескопом Baikal-GVD. Совместная работа этих двух
детекторов дает возможность вести поиск источников нейтрино высоких энергий на
всей небесной сфере и служит началом процесса построения карты нейтринного неба»,
– отметил член-корреспондент РАН, заведующий Лабораторией нейтринной
астрофизики высоких энергий Института ядерных исследований РАН, руководитель
коллаборации Baikal-GVD Григорий Владимирович Домогацкий.

Работы по развертыванию нейтринного телескопа
продолжаются. Каждый год с середины февраля по середину апреля на Байкале
проходят экспедиции, в ходе которых устанавливаются новые кластеры. В 2023 году
ученые планируют добавить к десяти кластерам еще два. Ожидается, что к 2027
году Baikal-GVD достигнет объема в один кубический километр, сравнявшись с
IceCube, а в далеком будущем – в десять кубических километров.

«Открытие и измерение потока внеземных нейтрино
высоких энергий экспериментами на Южном полюсе и озере Байкал, которые проводятся
в разных полушариях, в разных условиях и показывают близкий результат, дают нам
уверенность в том, что совместная работа этих установок позволит изучать
космические источники нейтрино по всей небесной сфере и откроет эпоху
построения карты звездного неба в нейтрино», – считает руководитель работ
экспедиции по развертыванию телескопа, научный сотрудник Лаборатории ядерных
проблем им. В. П. Джелепова Объединенного института ядерных исследований Игорь
Анатольевич Белолаптиков.

Фото: Баира Шайбонова.

Источник: пресс-служба Института
ядерных исследований РАН.