Как можно поймать неуловимые частицы, обработать результаты с детектора Байкальского телескопа и соединить физику и программирование? Об этом мы поговорили с выпускницей бакалавриата по направлению «Физика» Анастасией Чернухиной. В этом году она защитила ВКР по теме «Оценка темпов счета нейтринных событий от сейфертовских галактик на телескопе Байкал-GVD».
– Какие планы вы себе наметили после окончания бакалавриата?
– Идти дальше в магистратуру, продолжать исследования, которыми я начала заниматься на бакалавриате в своей лаборатории. Мне уже предложили рабочее место в Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ. Вхожу в Байкальскую коллаборацию – команду, которая занимается обработкой и анализом данных с Байкальского нейтринного телескопа.
Нейтринный телескоп Baikal-GVD предназначен для изучения самых бурных процессов во Вселенной, которые разгоняют заряженные частицы до самых высоких энергий. Считается, что эти процессы приводят к образованию нейтрино, за которыми и охотятся наши ученые.
– Как давно занимаетесь этой темой?
– Около года, с начала прошлогодней летней практики под научным руководством Баира Александровича Шайбонова. За четыре года учебы невозможно все изучить. Дается только фундамент, база, а дальше прикладываешь знания к непосредственным исследованиям. Интересно многое, но лично меня привлекла тема обработки данных. Это связано с программированием, одним из любимых предметов. До этого я немного слышала про телескоп, установленный в Байкале. В России он единственный, и по миру подобных тоже немного.
– Расскажите об исследовании подробнее.
– Мое исследование посвящено оценке скорости регистрации нейтринных событий на телескопе Baikal-GVD. Это очень важная для исследований величина, так как нейтрино являются отличными посланниками из Вселенной, помогая определять, какие процессы происходят в космосе и что вызывает такое излучение. Нейтрино несут информацию о местах, в которых они родились, потому что они не отклоняются магнитными полями и почти не подвержены поглощению, так как слабо взаимодействуют с веществом.
Мы предполагаем и строим теоретические модели источников нейтринного излучения во Вселенной. В моем случае – в сейфертовских галактиках: внутри галактики сверхмассивная черная дыра, она нагревает вещество, что приводит к нейтринному излучению. Мы предполагаем, что можно зарегистрировать какое-то количество нейтрино вследствие процесса в таких галактиках. Следующий шаг – проверка, поймали ли мы определенное количество или нет, и тем самым либо подтвердили модель, которая предполагает такой процесс, либо нет.
– А как происходит выдвижение гипотезы, теоретической модели, что вы проверяете?
– Длительный путь их формулирования. С развитием понимания процессов, происходящих во Вселенной, учеными создаются различные модели взаимодействия вещества в космосе. Опираясь на наблюдаемые сигналы в различных диапазонах, от рентгеновских лучей до гравитационных волн, они предполагают, какие механизмы могли лежать в их основе. Далее, методом проб и ошибок, при сопоставлении теории и эксперимента модели совершенствуются, и теория становится более точной.
– Ваша работа аналитическая. А можно ли описать ее процесс доступным языком?
– Для начала изучали, какие галактики будут перспективны для наблюдения с нашего телескопа, потому что мы охватываем не все небо, а только часть. В определении траектории нейтрино нам мешает фон атмосферных мюонов и нейтрино, которые тяжело отделить от астрофизических. Однако в отличие от мюонов, нейтрино могут пройти сквозь толщу Земли без взаимодействия, поэтому мы ограничиваемся только рассмотрением событий, приходящих снизу из-под Земли.
Поэтому сначала нужно было найти такие галактики, которые большую часть времени будут находиться у нас под горизонтом, в области видимости телескопа, и очень яркие в рентгеновском диапазоне. Модели предполагают, что есть зависимость между нейтринным излучением и рентгеновским излучением галактик. Для анализа модели мы построили спектры излучения этих галактик. Кроме того, учитываем такой эффект – поток частиц, проходя через толщу Земли, поглощается и до нас доходит только какая-то его часть.
А дальше смотрим, сколько частиц теоретически может достичь детектора. То есть применяем определенные критерии отбора частиц. Например, количество сработавших модулей, время. Итоговые результаты – это число событий, которые мы можем задетектировать. Стоит понимать, что это приблизительные оценки, так как многое зависит от эффективной площади детектора, чувствительности оптических модулей, уровня шума в распологаемой среде и т.д.
– На выставке лабораторий ОИЯИ в ДК «Мир» можно видеть стенд с оптическими модулями телескопа.
– Да, это чрезвычайно интересная конфигурация телескопа. Это много-много гирлянд, которые погружены в воду. На каждой гирлянде 36 оптических модулей, которые детектируют вспышки света в воде. Важно сказать, что мы детектируем не непосредственно нейтрино, так как эти частицы, как я уже говорила, неуловимы, слабо взаимодействуют и, что самое важное, у них нет заряда. Поэтому они не могут оставить след в детекторе. Но при взаимодействии с веществом – либо в земле, либо уже в детекторе – нейтрино может родить лептон, а он, в свою очередь, имеет заряд. Лептоны могут вызвать черенковское излучение (излучение, когда частицы движутся в среде со скоростью больше, чем скорость света). И оптические модули этот свет регистрируют.
– Было бы вам любопытно съездить на Байкал и воочию увидеть телескоп?
– Да, конечно. Вообще экспедиции ездят на Байкал два раза в год. Нужно совершенствовать телескоп, устанавливать новые кластеры, погружать новые гирлянды, чтобы увеличить эффективность. Но ездят зачастую именно мужчины, потому что там тяжелые условия труда.
Сначала было грустно, потому что я думала, что нас будут брать туда. Но позже приободрилась, так как оказалось, что в течение года на Байкал ездят на дежурство следить за состоянием детектора. Так как девушек тоже берут, я думаю, будет шанс попасть туда.
Текст: Юлия Цепилова
Фото: Юлия Цепилова
