Китай строит новый детектор нейтрино под названием TRIDENT — Тропический глубоководный нейтринный телескоп. Они строят его в Южно-Китайском море, недалеко от экватора. Этот нейтринный телескоп следующего поколения будет обладать улучшенной чувствительностью и должен помочь прояснить тайну космических лучей и их происхождения.
Космические нейтрино — быстрые посланники из далекого космоса. Их очень трудно обнаружить, и их можно обнаружить только в тех редких случаях, когда они взаимодействуют с другой материей.
Новая статья в журнале Nature Astronomy представляет планы новой китайской нейтринной обсерватории. Это «Нейтринный телескоп объемом несколько кубических километров в западной части Тихого океана», и его ведущим автором является Зипин Йе, научный сотрудник отдела элементарных и ядерных частиц Института Цунг-Дао Ли при Шанхайском университете Цзяо Тонг, Шанхай, Китай. .
«Нейтрино» означает «маленький нейтральный», и, если вы не физик, вам будет полезен учебник по нейтрино.
Нейтрино — а их существует три подтипа — были открыты в начале 20 века. Они не имеют электрического заряда и имеют бесконечно малую массу. Фактически, некоторые физики изначально думали, что они не имеют массы. Без заряда они не взаимодействуют с электромагнитной силой. Они взаимодействуют только посредством гравитации и слабого ядерного взаимодействия.
Нейтрино проходят сквозь Землю. Большинство из них исходит от Солнца, которое бомбардирует каждый квадратный центр Земли, обращенный к Солнцу, 65 миллиардов из них каждую секунду. У них есть и другие источники, включая сверхновые, ядерные реакторы и другие явления, включая Большой взрыв.
Но изучение космологических нейтрино является для нас наиболее важным, и именно этим занимается новая китайская обсерватория ТРИДЕНТ. Космологические нейтрино создаются, когда космические лучи ударяют атомы.
Нейтрино уклончивы, а это значит, что детекторам придется их перехитрить. Их размещают в глубоких заброшенных шахтах, глубоко в океане и даже глубоко во льдах Антарктики. Эти обсерватории, изолированные друг от друга, не улавливают нейтрино. Вместо этого они наблюдают результат редкого нейтрино, которое взаимодействует с обычной материей.
Нейтрино могут быть уклончивыми, но их уклончивость также работает в нашу пользу.
Ученые стремятся точно определить источники космических лучей сверхвысокой энергии. Они могут сделать это, обнаружив нейтрино, которые ускоряются до релятивистских скоростей внегалактическими объектами, такими как струи, вылетающие из активных галактических ядер (АЯГ). Поскольку нейтрино редко с чем-либо взаимодействуют, они путешествуют по длинным прямым путям, даже через плотную среду. не сворачивая. Если вы сможете их обнаружить, вы сможете отследить их источники.
Большинство нейтринных обсерваторий состоят из огромных объемов воды или льда. Обсерватории состоят из цепочек связанных детекторов. Взгляните, например, на нейтринную обсерваторию IceCube.
Новая китайская нейтринная обсерватория TRIDENT будет состоять из 1211 струн, каждая из которых будет содержать 20 hDOM, гибридных цифровых оптических модулей, разделенных по вертикали 30 м, в диапазоне от примерно 2800 м до 3400 м ниже уровня моря.
Объем — один из ключей к успешному обнаружению нейтрино. Чем больший объем воды контролирует обсерватория, тем выше вероятность обнаружения редких нейтринных взаимодействий. TRIDENT станет крупнейшим в мире детектором нейтрино объемом около 7,5 км2.3. Сравните это с нейтринной обсерваторией IceCube, длина которой составляет примерно один километр.3 объема.
Эффективность детектора является еще одним важным фактором. TRIDENT будет обладать беспрецедентной эффективностью обнаружения фотонов, а в сочетании с его большим объемом это действительно детектор нейтрино нового поколения. «TRIDENT намерен расширить возможности нейтринных телескопов, достигнув нового уровня чувствительности в поисках астрофизических источников нейтрино по всему небу», — говорится в документе.
TRIDENT будет развивать успех IceCube и продвинет науку о нейтрино еще дальше. IceCube известен в кругах по обнаружению нейтрино тем, что в 2022 году обнаружил один конкретный кандидат на внегалактический источник нейтрино. Это NGC 1068, она же Мессье 77, она же Галактика Кальмар. Это спираль с перемычкой, расположенная примерно в 47 миллионах световых лет от нас. Это активная галактика, и наблюдения показывают, что нейтрино из M77 могут иметь несколько источников.
«Предполагается, что TRIDENT обнаружит устойчивый источник NGC 1068 в течение одного года работы», — говорится в документе.
Строительство такого объекта – сложная задача. Расположить 24 220 соединителей на 1211 отдельных струнах в геометрическом порядке на высоте от 2800 до 3400 м ниже уровня моря непросто. Точные глобальные временные метки необходимы для понимания любых обнаружений, и это еще больше усложняет систему. Цепочки детекторов также необходимо прикрепить к морскому дну, а это означает, что любое старое место не подойдет. Южно-Китайское море представляет собой очень динамичный водоем, и команда TRIDENT выявила абиссальную равнину в северной части моря, которая отвечает строгим требованиям нейтринной обсерватории. Абиссальная равнина — это большой плоский участок морского дна с уклоном менее 1:1000.
Массивы датчиков нейтрино чрезвычайно чувствительны, и их необходимо создавать в соответствии со строгими стандартами. В океане это сложно сделать. TRIDENT должен учитывать океанские течения на разных глубинах, естественную радиацию, а также температуру и соленость воды. Все это может повлиять на наблюдения, и их необходимо учитывать при проектировании обсерватории.
Китай построил симулятор в университете в Шанхае для работы над своим планом. Предстоит еще много работы, и Китай не назвал дату завершения или дату «первого света».
Но Китай добился ряда успехов, когда дело касается космоса и астрономии, включая строительство крупнейшего в мире радиотелескопа. Успех кажется вероятным.
«Тропический глубоководный нейтринный телескоп (ТРИДЕНТ), прозванный по-китайски Хай-Линг («океанский колокол»), нацелен на быстрое обнаружение многочисленных источников астрофизических нейтрино высоких энергий и значительное ускорение измерения космических нейтринных событий всех видов», в документе делается вывод.
