"Ухо Антарктики": как физики превратили целый континент в детектор частиц

МОСКВА, 12 ноя — РИА Новости. Александр Новиков, научный сотрудник НИЯУ "МИФИ", рассказал РИА Новости о том, зачем российские ученые и их коллеги из НАСА каждый год отправляются в Антарктиду и запускают там необычные "воздушные шары", а также поделился впечатлениями от жизни в окрестностях Южного полюса Земли.

По стопам Жюля Верна

Раз в несколько лет ученые из университета штата Гавайи, НАСА, Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" и многих других научных центров мира отправляются в необычные экспедиции в Антарктику, на станцию Мак-Мёрдо, в ходе которых они занимаются, казалось бы, очень странной вещью. Они запускают в холодный полярный воздух аэростаты, начиненные самой высокотехнологичной аппаратурой, и отдают их на волю ветров на последующие несколько недель.

Используемые учеными "воздушные шары" помогают в поиске нейтрино сверхвысоких энергий. Эти частицы представляют собой следы самых мощных взрывов и катаклизмов Вселенной, происходящих в центрах галактик, окрестностях сверхмассивных черных дыр и других уголках мироздания, о природе которых астрономы продолжают спорить.

"На самом деле наши "воздушные шары" нельзя назвать чем-то старинным и архаичным. Современные аэростаты могут поддерживать свою высоту, подниматься и спускаться в разные времена суток, совершать многие другие маневры. Они выгодно отличаются от спутников тем, что их можно запускать многократно, что значительно сокращает расходы на проведение наблюдений", — объясняет физик.

Вдобавок аэростаты, отметил ученый, способны передавать и получать гораздо больше данных, чем это могут сделать спутники, и имеют несколько других плюсов, благодаря которым научная команда проекта ANITA выбрала "воздушное наследие XIX века" в качестве базовой платформы для работы детекторов, создаваемых в США и в МИФИ.

Поисками "сверхвысоких" нейтрино американские ученые, участвующие в проекте ANITA (Antarctic Impulse Transient Antenna), занимаются уже десять лет, и им еще не удалось найти ни одной подобной частицы. Пока это не является проблемой — другой проект подобного рода, высокогорный телескоп Пьера Оже в Чили, открыл лишь два или три десятка космических лучей сверхвысокой энергии за десятилетия почти непрерывной работы. "Соседу" ANITA, телескопу IceCube на Южном полюсе, удалось найти всего несколько десятков нейтрино, прилетевших на Землю из далеких галактик.

В отличие от обычных нейтрино, вырабатываемых Солнцем и другими звездами, нейтрино сверхвысоких энергий возникают в ходе крайне необычных процессов, в том числе распада частиц темной материи, природу которых ученые и пытаются раскрыть. Очень низкая вероятность регистрации этих частиц, как отмечает Новиков, заставила физиков превратить всю Антарктику в гигантский детектор подобных нейтрино.

Говорит и слушает Антарктика

"Вероятность регистрации частицы зависит от двух параметров — площади детектора и того, как долго он работает. В нашем случае роль детектора играет лед Антарктиды. Есть похожие наземные детекторы — ARIANA и ARA. Они могут работать круглогодично, но при этом регистрируют события на очень небольшом расстоянии от себя. Наш аэростат позволяет видеть практически весь континент и фиксировать события, которые происходят в сотнях километров от него", — объясняет Новиков.

Как работает этот природный детектор? Его действие основано на любопытном эффекте, предсказанном еще в 1962 году советским физиком-теоретиком Гургеном Аскарьяном. Он заметил, что нейтрино высоких энергий будут "нарушать" законы физики, пролетая через особо плотные материалы, не проводящие электрический ток, такие как лед или соль, в которых свет движется медленнее, чем сама частица.

Как правило, подобное "сверхсветовое" движение частиц обычно порождает вспышки света — так называемое излучение Вавилова-Черенкова. Однако в случае с нейтрино высоких энергий, как считал Аскарьян, этот процесс будет порождать пучки радио- и микроволн с особыми свойствами. На территории Антарктиды, помимо научных баз, нет источников радиоизлучения, что позволяет ученым находить следы нейтрино, пролетающих через толщу льда, используя мощные радиоантенны, похожие по принципам своей работы на обычные радиотелескопы.

Размеры этих антенн, по мере расширения проекта ANITA, постоянно росли, и текущая — четвертая — версия детектора представляет собой внушительную батарею из радиоприемников высотой в семь метров и массой около тонны. Комплекс антенн, как объясняет Новиков, поднимается аэростатом на высоту в 37 километров, на которой он может обозревать практически весь континент.