Нобелевскую премию по физике 2026 года получил Фрэнсис Халзен (США) за решающий вклад в создание нейтринной обсерватории IceCube и открытие нейтрино высоких энергий астрофизического происхождения. Разбираемся, в чем значение этого открытия и какую роль в этой области физики сыграли советские и российские ученые.
Как уже ясно из формулировки, премией отмечены по сути два результата – как открытие нового типа нейтрино, так и строительство установки класса «мега-сайнз», с помощью которой эти частицы и были обнаружены.
И это объединение их в рамках одной премии вполне заслуженно.
Нейтрино – это незаряженные элементарные частицы, которые почти не взаимодействуют с веществом и поэтому способны проходить сквозь огромные расстояния, не меняя направления и не поглощаясь по пути. Такой длинный пробег позволяет использовать эти частицы для изучения удаленных космических объектов.
«Так как она летела прямолинейно, никуда не отклонялась, можно сопоставить это направление с какими-то астрофизическими объектами и понять, вообще говоря, какие процессы там происходят», - пояснил старший научный сотрудник Института ядерной физики СО РАН, заведующий лаборатории новых методов регистрации ионизирующих излучений Междисциплинарного центра физики элементарных частиц и астрофизики Физического факультета Новосибирского государственного университета, к.ф.-м.н. Евгений Анатольевич Кравченко.
Но в то же время, в силу того же самого почти отсутствующего взаимодействия с окружающим веществом, зарегистрировать их очень сложно - нужен детектор огромного размера.
Но, как известно, «почти» не значит «совсем». Еще в 1958 году советские физики Павел Алексеевич Черенков, Игорь Евгеньевич Тамм и Илья Михайлович Франк получили Нобелевскую премию за открытие черенковского излучения - свечения, вызываемого в прозрачной среде заряженной частицей, движущейся со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения
А два года спустя другой советский физик Моисей Александрович Марков предложил размещать оптические детекторы глубоко под водой и по черенковскому излучению восстанавливать направление движения частиц.
Предложение Маркова, сделанное на Рочестерской конференции в 1960 году, научным сообществом официально названо концепцией, которая привела к появлению серии подводных и подледных телескопов и в конечном счете – IceCube.
В СССР эта технологий развивалась на Байкале с 1980-х годов. В итоге, байкальская установка НТ-200 стала одним из первых работающих подводных нейтринных телескопов. Официальная история проекта Baikal-GVD сообщает, что первое подводное нейтринное событие было зарегистрировано еще в 1994 году, а в 1996 году байкальский детектор зарегистрировал первые восходящие кандидаты в нейтрино среди подводных установок. И во многом, именно этот успех российских ученых, экспериментально подтвердивших работоспособность идеи Маркова стал импульсом для реализации проекта IceCube.
В толще льда, на глубине от 1450 до 2450 метров были размещены 5160 цифровых оптических модулей с фотоэлектронными умножителями. По времени прихода и интенсивности света в разных точках огромного массива ученые восстанавливают направление движения и энергию частицы, а затем получают информацию о породившем ее нейтрино.
Телескоп достроили в 2010 году, а уже в 2013 году коллаборация объявила об обнаружении высокоэнергетических нейтрино астрофизического происхождения – частиц с энергиями до петаэлектронвольт, пришедших из-за пределов Солнечной системы.
Открытие положило начало нейтринной астрономии, которая может исследовать космические ускорители частиц, недоступные традиционной оптической астрономии. Впоследствии IceCube связал часть высокоэнергетических нейтрино с активными галактическими ядрами и продолжил поиск источников космических лучей.
«Но одновременно эта же большая установка позволяет изучать физические свойства самих нейтрино. И такой результат тоже опубликован. То есть, в этом как раз и проявляется уникальность этого большого детектора, который может занимается не одной задачей, познавая одновременно и микромир, и макромир», - подчеркнул Евгений Кравченко.
Такие исследования продолжаются не только на IceCube, но и на других установках. Как уже говорилось, в России исследователи работают на Байкале. Подводная глубоководная установка НТ-200, которую создавали еще в 1990-е годы стала лишь первым этапом проекта. Полным ходом идет завершение строительства нейтринного телескопа Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector). В настоящий момент активный объем достиг 0,8 кубического километра, что составляет 80% от запланированного.
Как говорится на официальном сайте проекта, Baikal-GVD – один из трех действующих нейтринных телескопов в мире и, наряду с телескопами IceCube на Южном полюсе и KM3NeT в Средиземном море, входит в Глобальную нейтринную сеть (Global Neutrino Network, GNN). Расположен в южной части озера Байкал, примерно в 3,6 км от берега. Представляет собой крупную глубоководную обсерваторию на дне озера Байкал, предназначенную для поиска и исследования потоков нейтрино сверхвысоких энергий из космоса.
Является крупнейшим в Северном полушарии нейтринным телескопом.
«У Байкала есть неоспоримые преимущества, потому что вода более прозрачна, чем лёд. Во льду протекают два конкурирующих процесса при распространении света: поглощение, когда фотоны теряются и рассеяние, когда они теряют своё направление. И в этом плане лёд отличается от воды тем, что у него сильное рассеяние, поэтому различные измерения углов прилёта и регистрация нейтрино на Байкале можно производить с большей точностью, чем на IceCube», - рассказал Евгений Кравченко.
Новосибирские физики тоже активно участвуют в реализации этого проекта. Мы недавно рассказывали, что университетская лаборатория, возглавляемая Кравченко предложила свою разработку для работы важной составляющей байкальского телескопа - наземной станции для регистрации широких атмосферных ливней, работа которой должна быть синхронизирована с системой глубоководных детекторов.
Установку планируют разместить на берегу Байкала примерно в четырех километрах от Байкальского нейтринного телескопа Baikal-GVD и синхронизировать с его глубоководными детекторами. Такое сочетание позволит дополнительно калибровать Baikal-GVD, сопоставлять результаты наземных и подводных наблюдений и получать дополнительную информацию для исследований в области астрофизики и физики элементарных частиц.
Тем временем, команды исследователей, работающих на обоих телескопах, антарктическом и байкальском, уже успешно сотрудничают друг с другом. «Байкал, кстати, подтвердил существование астрофизического нейтрино по своим независимым измерениям. Это было буквально несколько лет назад, и, наверное, этого подтверждения и ждал Нобелевский комитет. Потому что у физиков принято, что результат эксперимента полностью засчитывается только когда он подтверждён независимо еще кем-то», - отметил Евгений Кравченко.
Сергей Исаев
Изображение: Nobelprize.org
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии