Европейцы построят крупнейший вмире нейтринный телескоп
Через пара лет более пяти кубических километров морской воды превратятся в самый большой на Земле детектор космических частиц. Размещённая на дне Средиземного моря установка сможет уловить нейтрино, приходящие из центра Млечного Пути.
Проект KM3NeT (Cubic Kilometre Neutrino Telescope) развивает консорциум из 40 университетов 10 государств-членов Евросоюза. По общему объёму и числу детекторов KM3NeT в разы превзойдёт нынешнего рекордсмена — расположенную в Антарктике нейтринную обсерваторию IceCube, чьи пять с лишним тысяч сенсоров скрыты в толще льда на глубинах от 1,5 до 2,5 км.
По словам одного из исследователей, участвующих в проекте, Джорджио Риккобене (Giorgio Riccobene), KM3NeT по размаху и масштабу работ окажется второй конструкцией в истории по окончании Великой китайской стенки. Быть может, это некое преувеличение (достаточно отыскать в памяти такие колоссы, как плотины ГЭС), и всё таки кубические километры, заполненные электроникой, – амбициозный проект.
Cхема установки. Инженеры предусмотрели размещение всего массива колонн в виде круга либо многоугольника в плане.
На врезке продемонстрированы детекторы, призванные ловить следы от сотрудничества космических колоссальной массы и частиц воды (иллюстрация KM3NeT).
Подводный телескоп обязан содержать до 320 вертикальных конструкций – так называемых единиц обнаружения. Любая является наборомтросов длиной 900 метров. Тросы эти будут закреплены на дне при помощи массивных якорей, а в вертикальном положении их будут поддерживать многометровые поплавки.
Любопытно, что кроме изучения космоса установка KM3NeT окажет помощь в изучениях моря. Подводные гирлянды оснастят устройствами для контроля за параметрами среды, телескоп кроме этого будет записывать песни китов и смотреть за глубоководными биолюминесцентными организмами (иллюстрация Marco Kraan, Nikhef).
На этих практически километровых струнах должны быть установлены так именуемые этажи – шестиметровые поперечные рамы DOMBAR с двумя цифровыми оптическими модулями DOM на финишах (как вариант вероятны другие схемы размещения, наподобие колец с фотодетекторами по периметру либо треугольных рамок).
Как и собратья, KM3NeT обязан ловить сотрудничество нейтрино с земным шаром, в этом случае — с толщей воды а также дна (жёлтая звёздочка). Такое событие порождает заряженные частицы (к примеру, мюоны), движущиеся стремительнее скорости света в данной среде (светло синий линия).
Наряду с этим частицы генерируют черенковское излучение, которое и ловят фотоумножители (иллюстрация KM3NeT).
Предполагается, что всего на каждой вертикальной гирлянде будет 20 этажей, поделённых расстоянием в 40 метров. Нижний этаж обязан размешаться в ста метрах от морского дна. Огромная толща воды сверху (от полутора километров и больше) защитит детекторы от солнечного света.
Вертикальный лес из множества кабелей будет снабжён чем-то наподобие ступеней лестницы, несущих модули с электроникой (иллюстрации KM3NeT).
Любой оптический модуль DOM – это прочная сфера диаметром 43 сантиметра, в которой размещён 31 сопутствующая электроника и фотоэлектронный умножитель.
Сделаны эти сферы будут из боросиликатного стекла и вычислены на давление при глубине в пара километров. Причём отверстия для выхода и входа кабелей будут минимизированы по диаметру, для большей прочности всей конструкции.
Кроме фотосенсоров сферы DOM содержат платы для передачи и считывания сигналов, разные калибровочные датчики, совокупность контроля за правильным положением шара в пространстве и другие компоненты (иллюстрация KM3NeT).
Нетрудно посчитать, что по неспециализированному числу детекторов черенковского излучения (под четыреста тысяч — окончательный параметр будет ещё уточнён) новый нейтринный телескоп превзойдёт любого существующего собрата.
Но учёные растолковывают, что средиземноморский титан будет самым передовым не только из-за размеров. Так, поугловому разрешению в 0,1 градуса (для нейтрино с энергией больше 10 ТэВ) он вдесятеро превзойдёт IceCube, трудящийся во льду (лёд куда более неоднородная среда). У новичка должны быть хорошие параметры и по диапазону энергий нейтрино (начиная от сотен ГэВ и на пара порядков выше).
А ещё новый прибор будет чувствителен к нейтрино всех запахов, уточняют физики.
Университеты консорциума в течение нескольких лет контролировали технические ответы для KM3NeT на трёх пилотных детекторах нейтрино, выстроенных в Средиземном море. Это ANTARES, NEMO и NESTOR.
ANTARES – наибольший сейчас нейтринный телескоп в северном полушарии. И однако именно на KM3NeT астрофизики возлагают особенные надежды. Вместе с «ледяным кубом» в Антарктике он составит «глобальный телескоп», талантливый осматривать всё небо в отыскивании далёких источников нейтрино (фотографии ANTARES, CNRS, Camille Moirenc, IN2P3, CPPM, CEA Irfu, L. Fabre,NEMO, I. Perrone).
На протяжении предварительных изучений авторы KM3NeT опробовали в открытом море уникальный метод развёртывания кабелей с шариками-детекторами при помощи вращающегося контейнера (иллюстрации KM3NeT, Marijn van der Meer, Quest).
Консорциум считает, что KM3NeT откроет новое окно во Вселенную. Телескоп на дне моря будет ловить нейтрино, появляющиеся в далёких гамма-вспышках, взрывах сверхновых, столкновениях звёзд.
KM3NeT сможет действенно фиксировать потоки трудноуловимых частиц от пульсаров и микроквазаров. Он кроме того попытается поймать нейтринные пучки, испускаемые галактическим ядром.
Сигналы с каждой единицы обнаружения будут планировать в пара узлов, расположенных на дне, и, в конечном счёте, переправляться на берег. Авторы совокупности разглядывают две схемы прокладки кабелей с единым центром либо внешним кольцом (иллюстрации KM3NeT).
Для прокладки кабелей по морскому дну авторы супертелескопа предполагают применять дистанционно управляемые аппараты Cougar. Они понадобятся и для контроля за состоянием телескопа (фото с сайта seaeye.com).
Авторы выдумки кроме этого сохраняют надежду, что данной установке посчастливится в первый раз поймать нейтрино, появляющиеся при распаде гипотетических до тех пор пока частиц нейтралино — кандидатов на составляющую чёрной материи.
В общем, гигант обязан продвинуть вперёд космологию и астрофизику, физику высоких исследования и энергий космических лучей.
Место установки супертелескопа ещё не выбрано. Учёные разглядывают три района: недалеко от Тулона (треугольник на схеме), Капо-Пассеро (квадрат) и Пилоса (кружок).
Причём последний вариант предусматривает четыре вероятных участка. Глубины моря в этих районах составляют от 2,48 до 5,2 километра, а расстояния от предполагаемого размещения обсерватории до берега (оно принципиально важно, поскольку по дну нужно будет тянуть кабели) колеблется от 15 до 100 км (иллюстрация KM3NeT).
В прошлом ноябре итальянское минобразования и исследований (MIUR) одобрило выделение 20,8 миллиона евро для и развёртывания первых 30 единиц обнаружения KM3NeT. Неспециализированный бюджет строительства комплекса оценивается в 220-250 миллионов.
Специально для развёртывания больших подводных гирлянд европейцы выстроили громадную плавающую платформу (фотографии KM3NeT).
Выбор места и окончательного дизайна системы её размещения обязан состояться в конце 2011 либо начале 2012 года (приблизительно до марта всё должно решиться). Практически сразу после этого возможно будет начать строить необычный колосс.
Первые научные результаты от установки исследователи ожидают взять в 2014 году. Наряду с этим учёныеподчёркивают преимущество модульной схемы: кроме того при развёртывании лишь части рассчетных гирлянд с детекторами KM3NeT станет одним из самых замечательных инструментов в собственном роде.
