Китай строит новый детектор нейтрино под названием TRIDENT (Tropical Deep-Sea Neutrino Telescope) в Южно-Китайском море, близ экватора. Этот детектор нейтрино нового поколения будет обладать улучшенной чувствительностью и должен помочь в разрешении загадки космических лучей и их происхождения.

Космические нейтрино — это «посланники из дальнего» космоса. Их очень сложно обнаружить и это возможно только в редких случаях их взаимодействия с другими веществами. Существует три подтипа нейтрино, они были открыты в начале 20-го века. У них нет электрического заряда и бесконечно малая масса. Некоторые физики изначально думали, что нейтрино не имеет массы. Они взаимодействуют только через гравитацию и слабую ядерную силу и проходят сквозь Землю. Большинство из них исходит от Солнца, которое обстреливает каждый квадратный метр Земли, ориентированный к Солнцу, 65 миллиардами нейтрино каждую секунду. У них также есть другие источники, включая сверхновые, ядерные реакторы и другие объекты, включая Большой Взрыв.

Китайские исследователи работают над новой нейтринной обсерваторией под названием TRIDENT. Для разработки своего плана они построили подводный симулятор. Источник: TRIDENT

Нейтрино уклончивы, поэтому детекторы должны уметь «обманывать» их. Нейтрино-детекторы размещают в глубоких заброшенных шахтах, в глубине океана и даже в ледниках Антарктики. Уединённые в укромных местах эти наблюдательные установки сами по себе не обнаруживают нейтрино — вместо этого они наблюдают результат редкого взаимодействия нейтрино с обычным веществом.

Учёные стремятся точно определить источники космических лучей сверхвысокой энергии. Они могут сделать это, обнаруживая нейтрино, которые ускоряются до релятивистских скоростей космическими объектами, такими как джеты, которые испускают активные ядра галактик. Поскольку нейтрино редко взаимодействуют с чем-либо, они перемещаются по длинным прямым путям, даже сквозь плотную среду, не отклоняясь. Если их можно обнаружить, то их можно проследить их источник.

Большинство нейтрино-наблюдательных установок состоят из больших объёмов воды или льда. Установки состоят из цепочек связанных детекторов, например нейтрино-обсерватория IceCube. Новый китайский нейтрино-детектор TRIDENT будет состоять из 1211 цепи, каждая из которых содержит 20 гибридных цифровых оптических модулей, разделённых по вертикали на 30 метров, на глубине от примерно 2800 метров до 3400 метров ниже уровня моря.

Объём является одним из ключевых элементов успешного обнаружения нейтрино. Чем больше объём воды наблюдает установка, тем выше вероятность обнаружения редкого взаимодействия нейтрино. TRIDENT будет самым большим в мире детектором нейтрино с объемом около 7,5 км³. Для сравнения, нейтрино-обсерватория IceCube примерно 1 км³ объёма.

Ещё одним важным аспектом является эффективность детектора. У TRIDENT будет беспрецедентная эффективность обнаружения, в сочетании с его большим объёмом это действительно нейтрино-детектор нового поколения. TRIDENT будет основан по аналогии с IceCube, но продвинет знания о нейтрино ещё дальше. IceCube известен своим открытием одного события нейтрино извне Галактики в 2022 году. Его источник — галактика NGC 1068, известная также как Messier 77 в созвездии Кита, находящаяся примерно в 47 миллионах световых лет от нас. Это активная галактика, и наблюдения показывают, что нейтрино от М77 могут иметь несколько источников. По прогнозам, TRIDENT обнаружит точный источник NGC 1068 в течение года работы.

Строительство такого объекта является сложным проектом. Укладка 24 220 блоков на 1 211 отдельных цепей на глубине от 2800 метров до 3400 метров под водой — непростая задача. Цепи детекторов должны быть закреплены на дне моря, что означает, что не каждое место подходит для этого. Южно-Китайское море является высокодинамической акваторией, команда TRIDENT выявила в северной части моря равнинный участок, соответствующий строгим требованиям нейтрино-наблюдательной установки. Это большая плоская область дна моря с наклоном менее 1:1000.

Массивы датчиков чрезвычайно чувствительны, их необходимо строить в соответствии с точными стандартами, что крайне сложно сделать в океане. TRIDENT должен учитывать океанические течения на различных глубинах, естественное излучение, а также температуру и солёность воды. Все это может влиять на наблюдения и должно быть учтено при проектировании наблюдательной установки.

Учёные и инженеры построили симулятор в одном из университетов в Шанхае для работы над своим планом. Впереди ещё много работы, пока что неизвестна точная дата завершения или дата «первого света». Но у Китая уже есть ряд успехов в космосе и астрономии, в том числе создание самого крупного радиотелескопа в мире.