Китай построит на дне Южно-Китайского моря гигантский нейтринный телескоп
В Китае началось строительство гигантского глубоководного нейтринного телескопа TRIDENT. Он будет находиться в Южно-Китайском море на глубине 3,5 километра и, как надеются ученые, поможет решить загадку происхождения космических лучей. Открыть обсерваторию планируют к 2030 году.
Обсерватория TRIDENT (Tropical Deep-sea Neutrino Telescope) будет представлять собой антенный комплекс, который расположится на глубине 3,5 километра в Южно-Китайском море в западной части Тихого океана. Ближайший остров — Юнсин — находится менее чем в 200 километрах от места, где разместят телескоп. Там будет построена вспомогательная инфраструктура для электроснабжения и передачи данных.
Телескоп будет сканировать окружающую морскую воду на предмет вспышек света, которые появляются при столкновении космических нейтрино с молекулами воды. «Используя Землю в качестве щита, TRIDENT сможет обнаруживать нейтрино, проникающие с противоположной стороны планеты», — сказал главный научный сотрудник проекта Сюй Дунлян из Шанхайского университета транспорта.
Поскольку телескоп будет находиться вблизи экватора, он сможет отслеживать нейтрино, поступающие со всех сторон при вращении Земли, что позволит наблюдать все небо без каких-либо слепых зон. Помимо этого, телескоп поможет проверить пространственно-временные симметрии, найти квантовую гравитацию и косвенно обнаружить темную материю.
Космические лучи из глубокого космоса постоянно проникают в атмосферу Земли. Однако даже спустя более чем столетие после их открытия ученые все еще достоверно не знают причину их происхождения. Поскольку такие лучи в основном состоят из протонов, они заряжены, и их траектории отклоняются магнитными полями при движении в пространстве почти со скоростью света. В результате, когда они достигают Земли, по направлению движения лучей невозможно определить местоположение их источника.
Однако космические лучи также содержат нейтрино — семейство неуловимых субатомных частиц, которые электрически нейтральны. Они преодолевают астрономические расстояния, не отклоняясь и не поглощаясь, и могут служить мощным инструментом для выявления происхождения космического излучения. Последние два десятилетия ученые изучали взаимодействие нейтрино и атомов воды, чтобы «поймать» их с помощью специально построенных телескопов на Южном полюсе, в Средиземном море и на российском озере Байкал.
Китайские исследователи нашли идеальное, по их мнению, место для собственной нейтринной обсерватории. Район Южно-Китайского моря, где морское дно плоское, а течение достаточно слабое даже на глубине сотен метров. Планируется, что TRIDENT будет значительно более чувствительным, чем существующие нейтринные телескопы — его возможности будут в 10 тысяч раз превышать мощность обсерватории IceCube на Южном полюсе. Кроме того, он будет в пять раз более чувствителен, чем KM3NeT в Средиземном море. Его диаметр составит около четырех километров, и он будет контролировать около 7,5 кубического километра морской поверхности, что существенно дополнит данные, полученные уже существующими глубоководными нейтринными обсерваториями. Предполагается, что обсерватория будет вести наблюдения как минимум 20 лет.
Массив TRIDENT будет состоять из 1200 вертикальных цепочек датчиков, расположенных на морском дне в геометрическом порядке, известном как «мозаика Пенроуза». Каждая «нитка» длиной 700 метров будет иметь 20 цифровых оптических модулей высокого разрешения. Они будут обнаруживать и измерять свет, испускаемый заряженными частицами, которые образуются при столкновении нейтрино и атомов водорода или кислорода в молекулах воды.
Ожидается, что первый этап строительства будет завершен к 2026 году. Полностью завершить работы планируется к 2030 году. По словам представителей проекта, изначально они хотят создать небольшой массив из 10 линий, который будет использоваться для тестирования ключевых технологий.
Крупнейший в мире телескоп такого рода — IceCube — состоит из тысяч оптических датчиков, распределенных на площади более одного кубического километра в Антарктиде. С момента начала своей работы в 2010 году он обнаружил нейтрино высокой энергии, которые, вероятно, возникли за пределами Солнечной системы. Эти данные также позволили создать первую карту Млечного Пути в нейтрино.
Подобная IceCube обсерватория — Байкальский нейтринный телескоп — находится в России на дне озера Байкал и начала свою работу в 2021 году. Это крупнейший детектор нейтрино в Северном полушарии и второй по величине в мире после IceCube в Антарктиде. Озеро Байкал предоставляет ученым идеальную среду для наблюдения нейтрино, поскольку эти частицы излучают видимый свет при прохождении через прозрачную воду. Глубина озера также может защитить детекторы от излучения и помех. За два года своей работы Байкальский телескоп подтвердил наличие астрофизических нейтрино, ранее обнаруженных IceCube.
