Российские исследователи впервые обнаружат скрытое сияние Крабовидной туманности
Детекторы, созданные российскими исследователями из Института ядерной физики имени Г. Будкера СО РАН и Новосибирского государственного университета, откроют возможность обнаруживать частицы из глубин космоса, которые ранее не поддавались изучению.
"На самом деле мы сможем проникнуть в область, которая была недоступна для современной астрономии", — отмечает старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Евгений Кравченко. — "Если удастся получить данные о гамма-квантах с энергией свыше 100 ТэВ*, то мы сможем обнаружить пэватрон. Изучение гамма-квантов с энергией порядка 1 ТэВ стало возможным благодаря появлению черенковских телескопов."
Сибирские учёные создали детектор, который откроет новые возможности. Ежесекундно в космическом пространстве происходят те же физические процессы, что и на крупных лабораторных установках, где исследователи пытаются разгадать тайны возникновения Вселенной. Постоянно на Землю прибывает поток заряженных частиц (протонов или ядер), а также гамма-квантов — частиц с высокой энергией, лишённых заряда и массы.
Для сравнения: максимальная энергия протонов, сталкивающихся на Большом адронном коллайдере, достигает 7 ТэВ, тогда как космические гамма-кванты могут иметь энергию вплоть до 100 ТэВ, что превышает земные показатели примерно в 15 раз. Предполагается, что такие высокоэнергетичные частицы появляются при взрывах сверхновых звезд.
Поскольку заряженные частицы отклоняются межгалактическими магнитными полями и солнечной системой, их траектории невозможно проследить. В отличие от них, нейтральные гамма-кванты не подвергаются влиянию электромагнитного поля и сохраняют прежнее направление движения.
Обнаружив их на Земле, можно определить их источник. Когда протоны и гамма-кванты взаимодействуют с атмосферой Земли, они создают каскад заряженных частиц, благодаря которому их и регистрируют.
Эти каскады различаются, так как гамма-кванты и заряженные частицы взаимодействуют с атмосферой по-разному. При сравнительно невысокой энергии их можно дифференцировать с помощью черенковских телескопов, регистрирующих свет, возникающий при прохождении частиц через атмосферу.
Однако при энергиях порядка 100 ТэВ и выше это различие становится почти незаметным. Чтобы повысить эффективность системы, необходима большая площадь покрытия.
Около 2000 детекторов, разработанных в ИЯФ СО РАН и НГУ, будут установлены на территории площадью около 1 квадратного километра. Стоимость одного детектора составляет примерно тысячу долларов за квадратный метр — это, по словам учёных, в 20 раз дешевле зарубежных аналогов.
ИЯФ СО РАН успешно провёл испытания прототипов и приступает к серийному производству, для которого уже закуплены необходимые компоненты. В текущем году планируется изготовить несколько десятков детекторов.
Кравченко/ИЯФ СО РАН. Обсерватория TAIGA расположена в Тункинской долине, в 50 километрах от Байкала, среди гор и лесов Прибайкалья. В небольшом домике с дровяной печью размещена система управления детекторами.
Учёные здесь работают посменно по 10 дней. Их задачи достаточно просты: контролировать сбор экспериментальных данных, следить за исправностью оборудования и заботиться о двух собаках.
* Электронвольт — единица измерения энергии, широко используемая в области физики элементарных частиц и смежных дисциплинах.