Ученые Московского инженерно-физического института, Объединенного института ядерных исследований, Института ядерных исследований РАН и НИЦ «Курчатовский институт» работают над проектом федеральной научно-технической программы исследований в области физики нейтрино до 2030 года. Зачем для маленькой частицы нужна большая программа, объясняет Сергей Троицкий, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник отдела теоретической физики ИЯИ РАН.
— Актуальность федеральной программы в области нейтрино и астрофизики частиц определяется двумя основными факторами. Во-первых, в мире эта область науки революционно развивается и, по моему мнению, обгоняет и астрономию, и коллайдерную физику частиц по темпу получения новых знаний об устройстве макрои микромира. Во-вторых, это одно из немногих направлений фундаментальной физики, в котором Россия с самого его зарождения сохраняет лидерство. Во многом — благодаря существенным вложениям в создание крупномасштабных установок. Чтобы удержать позиции, требуется обновление этой инфраструктуры и новые эксперименты.
В 1970‑е, в период формирования ИЯИ РАН, в Баксанском ущелье в Приэльбрусье был построен комплекс подземных низкофоновых лабораторий с нейтринными телескопами. С 1980 года в институте ведутся работы по детектированию мюонов и нейтрино на Байкальском глубоководном нейтринном телескопе. Метод регистрации предложили Моисей Марков и Игорь Железных. На Байкале его удалось реализовать впервые, теперь он используется во всех нейтринных телескопах высоких энергий.
Нейтринные телескопы долго строятся, а затем годами набирают статистику. В 2013 году эксперимент IceCube на Южном полюсе объявил об открытии астрофизических нейтрино высоких энергий, и до 2021 года все данные о таких нейтрино шли с этой установки. В 2022 году эксперимент Baikal-GVD дал первое независимое подтверждение самого существования таких нейтрино, что является ключевым моментом всей нейтринной астрономии — в науке принято доверять, но проверять. Байкальский телескоп сейчас наращивает рабочий объем. Для одного канала регистрации нейтрино он уже догнал IceCube, для других должен догнать в течение нескольких лет. Важное его преимущество по сравнению с ледовым IceCube — вода в жидком состоянии. Водный эксперимент позволяет определять направление прихода нейтрино примерно в четыре раза точнее. Это значит, что в четыре раза быстрее мы будем получать информацию о пока неизвестных, несмотря на 10 лет работы IceCube, экстремальных астрофизических источниках, способных родить нейтрино столь высоких энергий.
Вместе с нейтрино должны рождаться и фотоны таких же высоких энергий, и развитие нейтринной астрономии в последние годы потянуло за собой развитие гамма-астрономии очень высоких энергий. Тут нужны не обычные телескопы, а огромные установки, регистрирующие результаты взаимодействия гамма-квантов в атмосфере Земли. В России таких две: TAIGA в Тункинской долине и «Ковер‑2» в Баксанской нейтринной обсерватории. Они дополняют друг друга, потому что работают разными методами и частично в разных энергетических диапазонах. Основной их конкурент — огромная китайская установка LHAASO, в работе которой, кстати, участвуют и ученые ИЯИ РАН.
Нужны ли тогда небольшие российские установки? Приведу недавний пример. 9 октября 2022 года произошел уникальный космический гамма-всплеск, такие бывают раз в десятки тысяч лет. LHAASO зарегистрировала фотоны с энергией до 18 ТэВ. Земля повернулась, источник ушел из поля зрения китайской установки, и «Ковер‑2» зарегистрировал фотон с энергией 250 ТэВ. А пока очередь дошла до мексиканской установки HAWC, вспышка закончилась, и там вообще ничего не увидели. Вывод: для гамма-астрономии очень высоких энергий обязательно нужны установки, разнесенные по географической широте, они дополняют друг друга. Китай, Бурятия, Кабардино-Балкария и Мексика — не полное покрытие, но уже кое-что.
Полный материал читайте в отраслевой газете «Страна Росатом».
