Ледяной телескоп прокачали: детектор «призрачных частиц» на Южном полюсе готов к новым открытиям

Закованный во льдах детектор «призрачных частиц» на Южном полюсе получил масштабное обновление.

Нейтринная обсерватория IceCube впервые за 15 лет работы расширилась. Техники добавили более 600 новых приборов в нижнюю часть детектора, который теперь состоит из 92 нитей с нейтринными детекторами, вмороженными в кубический километр льда вблизи антарктической станции Амундсен-Скотт.

Задача обсерватории — поиск нейтрино сверхвысоких энергий. Эти частицы прозвали «призрачными»: у них почти нет массы и заряда, и они проносятся сквозь пространство и материю со скоростью, близкой к скорости света. Нейтрино повсюду: около 100 триллионов из них каждую секунду проходит через тело каждого человека на Земле. Но они почти никогда не взаимодействуют с веществом, поэтому их невероятно сложно зарегистрировать.

Ученые стремятся лучше изучить нейтрино, поскольку они рождаются в ключевых космических процессах: в Большом взрыве, положившем начало Вселенной, в термоядерном синтезе, питающем звезды, и в вспышках сверхновых, знаменующих насильственную смерть светил.

В IceCube ученые регистрируют крошечные вспышки света, возникающие в те редкие мгновения, когда нейтрино всё же взаимодействуют с материей и порождают вторичные частицы. Для этого требуется удаленная и тихая среда — и Южный полюс подходит идеально, а также большой объем прозрачного вещества, в котором можно уловить этот свет. В данном случае это лед. Ученым IceCube уже удавалось проследить путь одиночного нейтрино от блазара — далекой галактики, скрывающей в центре сверхмассивную черную дыру. С помощью этих частиц они также составили карту всего вещества Млечного Пути.

В 2019 году Национальный научный фонд США (NSF) одобрил финансирование модернизации детектора: число нитей должно было вырасти с 86 до 92. Шесть новых нитей оснащены модулями нового поколения, в каждом из которых установлены фотосенсоры нескольких типов. Чтобы пробурить скважины глубиной более мили в антарктическом льду и разместить датчики, потребовалось три полевых сезона по 10 недель каждый в период с 2023 по 2026 год.

Новые датчики позволят ученым гораздо точнее измерять такие свойства, как нейтринные осцилляции — процесс, в ходе которого нейтрино, рожденные космическими лучами в атмосфере Земли, превращаются из одного типа в другой. По данным Коллаборации IceCube, это повысит точность измерения космических лучей и регистрации нейтрино от внеземных источников, например от сверхновых. Исследователи также смогут точнее проводить ретроспективную калибровку детектора, что позволит уточнить данные, собранные за последние 15 лет.

«Это обновление закрепит лидерство нашей страны в нейтринной физике на долгие годы вперед и откроет путь к новым космическим открытиям», — заявила Мэрион Дирикс, директор программы полярных наук об астрофизике и геопространстве NSF.