В Китае заработал крупнейший в мире детектор нейтрино JUNO
Крупнейшая в мире подземная обсерватория для изучения нейтрино начала работу. Она расположена в китайской провинции Гуандун на глубине 700 метров. С помощью передового детектора ученые надеются решить один из сложнейших вопросов физики: как распределяются массы разных типов нейтрино — элементарных частиц, почти не взаимодействующих с веществом.
Детектор нейтрино JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory), или «Подземная нейтринная обсерватория Цзянмэнь», строился с 2015-го по 2021 год. Участниками этого масштабного проекта стали свыше 700 ученых из 74 учреждений в 17 странах и регионах мира. Специалисты завершили все подготовительные работы: теперь JUNO может приступить к научным исследованиям. Срок службы рассчитан минимум на 30 лет.
Детектор находится на глубине 700 метров под землей в вырубленных в скале пещерах. Выбор такого места обусловлен несколькими факторами, но главный из них: глубокое залегание позволяет отсекать частицы космического и земного происхождения, делая измерения более точными.
Обсерватория Цзянмэнь — это прозрачная акриловая сфера диаметром 35 метров. Она погружена в 40-метровый колодец и наполнена 20 тысячами тонн жидкого сцинтиллятора — особой жидкостью, которая начинает светиться при прохождении через нее нейтрино, и сенсоры фиксируют эти вспышки. По периметру сферы стоят 43 200 фотоумножителей: они преобразуют свет в электрические сигналы и тем самым регистрируют неуловимые частицы.
Нейтрино неспроста называют «призраками» Вселенной. Это крошечные субатомные частицы, которые не имеют электрического заряда и, как следствие, не взаимодействуют с электромагнитными полями. Также они отличаются крайне малой массой и слабым взаимодействием с веществом: через нас прямо в эту секунду пролетают миллиарды нейтрино, но мы их не замечаем, поскольку они не оставляют никакого следа.
Чтобы уловить их, требуются специальные условия и оборудование. Чтобы нейтрино столкнулось с атомом с вероятностью хотя бы в 50%, понадобилась бы сплошная свинцовая стена толщиной в один световой год. Но спасает количество — нейтрино является второй по распространенности частицы во Вселенной. Поэтому в самых редких случаях эти частицы-призраки все же взаимодействуют с атомами вещества — именно эти случаи и пытаются зафиксировать ученые с помощью детекторов.
Почему важно изучать нейтрино? Эти частицы образуются в результате термоядерных реакций, которые происходят внутри Солнца, при вспышке сверхновой или в атомных реакторах. Исследуя их, можно узнать больше о процессах во Вселенной, ведь они несут сведения не только о нашем светиле, но и о самых удаленных уголках космоса.
В этом смысле китайская разработка позволит закрыть многие пробелы. Ожидается, что она сможет регистрировать примерно по 40 нейтрино в сутки от двухатомных электростанций Янцзян и Тайшань, расположенных в 53 километрах от детектора. За шесть лет работы ученые КНР намерены зафиксировать порядка 100 000 событий.
JUNO позволит уточнить распределение масс разных типов нейтрино, которых всего три: мюонный, электронный и тау-нейтрино (каждый из этих типов соответствует своему заряженному лептону). Учитывая, что нейтрино не особо вписываются в Стандартную модель, уточнение их масс может открыть дорогу к «новой физике». И больше шансов у человечества появится, когда к концу десятилетия заработают детекторы нейтрино в США (DUNE) и Японии (Hyper-Kamiokande).
Между тем для нейтринного детектора IceCube в Антарктиде ученые недавно разработали новые алгоритмы. Они помогут искать источники этих частиц в 4-5 раз точнее, чем раньше.
