Ученые в Китае начали строительство гигантского нейтринного телескопа в Южно-Китайском море, который, как они надеются, поможет решить вековую загадку происхождения космических лучей при исследовании экстремальной Вселенной.
По словам команды проекта, после завершения строительства в 2030 году Тропический глубоководный нейтринный телескоп (Trident), получивший на китайском языке название «Хайлинг» («Океанский колокол»), станет крупнейшим и самым передовым в мире.
Массив Trident будет закреплен на морском дне на глубине 3,5 км ниже западной части Тихого океана, где он будет сканировать окружающую морскую воду на предмет вспышек света, генерируемых при столкновении космических нейтрино с молекулами воды.
«Используя Землю в качестве щита, «Trident» будет обнаруживать нейтрино, проникающие с противоположной стороны планеты», — сказала Сюй Дунлянь из Шанхайского университета Цзяо Тун, главный научный сотрудник и пресс-секретарь проекта, на пресс-конференции во вторник. «Поскольку Trident находится недалеко от экватора, он может принимать нейтрино, поступающие со всех направлений вместе с вращением Земли, что позволяет наблюдать все небо без каких-либо слепых пятен».
Работа над пилотным этапом проекта «Трайдент» началась в Южно-Китайском море. Планируется, что первая небольшая установка будет завершена к 2026 году. Фото: Шанхайский университет Цзяо Тонг
Руководитель проекта Цзин Ипэн сообщил на пресс-конференции, что телескоп также поможет проверять пространственно-временную симметрию, искать квантовую гравитацию и косвенно искать темную материю.
Trident формируется примерно в 540 км к югу от Гонконга, согласно Сюй и ее коллегам из некоторых ведущих университетов Китая, в статье, опубликованной в понедельник международным журналом Nature Astronomy. Ближайший остров, Юнсин, находится менее чем в 200 км от объекта и обеспечивает вспомогательную инфраструктуру для электроснабжения и передачи данных, говорится в документе.
Космические лучи из глубокого космоса постоянно бомбардируют атмосферу Земли. Но спустя более века после их открытия австрийским физиком Виктором Гессом ученые до сих пор не уверены, откуда они взялись. Поскольку космические лучи в основном состоят из протонов, они заряжены, и их траектория отклоняется магнитными полями, когда они движутся в пространстве почти со скоростью света. В результате направление их движения, когда они достигают Земли, не может быть использовано для определения места их источника. Однако космические лучи также содержат нейтрино — семейство неуловимых субатомных частиц, которые электрически нейтральны. Они преодолевают астрономические расстояния, не отклоняясь и не поглощаясь, и могут служить мощным инструментом для выявления происхождения космического излучения. Ученые использовали взаимодействие прибывающих нейтрино и атомов воды/льда, чтобы «поймать» этих крошечных путешественников в течение последних двух десятилетий с помощью специально построенных телескопов на Южном полюсе, в Средиземном море и на российском озере Байкал.
В 2019 году команда Сюя нашла идеальное место для собственной нейтринной обсерватории Китая — район Южно-Китайского моря, где морское дно ровное, а течения плавно текут на высоте нескольких сотен метров над морским дном.
Место, выбранное для китайского тропического глубоководного нейтринного телескопа, находится в 540 км к югу от Гонконга, в районе Южно-Китайского моря, где морское дно ровное, а воды спокойны. Фото: Шанхайский университет Цзяо Тонг
По мнению китайской команды, «Trident » будет гораздо более чувствительным, чем существующие нейтринные телескопы: его чувствительность будет в 10 000 раз выше, чем у обсерватории IceCube на Южном полюсе, и в пять раз выше, чем у KM3NeT в Средиземноморье. Команда Сюй заявила, что Trident, диаметр которого составит 4 км и будет контролировать около 7,5 кубических километров морской воды, дополнит существующие глубоководные нейтринные обсерватории.
IceCube, крупнейший в мире телескоп такого типа, состоит из тысяч оптических датчиков, расположенных на площади 1 кубический километр подо льдом Антарктики. С момента начала работы в 2010 году IceCube обнаружил нейтрино высоких энергий, которые, вероятно, возникли за пределами Солнечной системы. Он также показал первую карту Млечного Пути в нейтрино.
Массив Trident с расчетным сроком службы 20 лет будет состоять из 1200 вертикальных цепочек датчиков, расположенных на морском дне в виде геометрического узора, известного как распределение плиток Пенроуза, говорится в документе. На каждой 700-метровой нити будет установлено 20 цифровых оптических модулей высокого разрешения. Они будут обнаруживать и измерять свет, излучаемый заряженными частицами, генерируемыми при столкновении нейтрино и атомов водорода или кислорода в молекулах воды. Собранные данные, включая количество и время прибытия прибывающих нейтрино, будут использоваться для восстановления информации, связанной с происхождением частиц-посланников из глубокого космоса.
Ожидается, что пилотный этап проекта будет завершен к 2026 году при финансировании Министерства науки и технологий, муниципального правительства Шанхая и Шанхайского университета Цзяо Тонг. Исследователи заявили, что первоначально планируют небольшой массив из 10 струн, который будет использоваться для тестирования ключевых технологий, лежащих в основе проекта.