​Сибирские ученые разработали детекторы космических частиц для гамма-обсерватории TAIGA в Бурятии. Они должны впервые зарегистрировать гамма-кванты энергией выше 100 ТэВ. Первые приборы уже отправлены в обсерваторию. Сейчас специалисты собирают вторую партию детекторов, работы планируется закончить к августу 2019 года.

Гамма-обсерватория TAIGA, или Тункинский эксперимент, находится в Бурятии на территории астрофизического центра коллективного пользования Иркутского государственного университета. Расположенные здесь установки — оптические станции, черенковский телескоп, радиоантенны, детекторы мюонов — измеряют компоненты атмосферных ливней. Одновременное использование разных типов детекторов повышает точность измерений, с помощью которых можно определить направление, энергию и тип космических лучей. Центр функционирует и одновременно продолжает строиться. Планируется, что это будет одна из крупнейших гамма-обсерваторий в мире.
 
Гамма-кванты интересуют ученых, в частности, потому, что можно достаточно точно определить, из какой части Вселенной они происходят. Они не имеют заряда, поэтому, в отличие от других часто прилетающих на Землю частиц высокой энергии — протонов, их не отклоняют ни межгалактические магнитные поля, ни магнитные поля планет Солнечной системы. Физики планируют найти возможные источники гамма-квантов сверхвысоких энергий и в будущем исследовать, каким образом ускоряются заряженные частицы в космосе.
 
Деталь детектора, которую окрестили «паук», — переизлучатели спектра 
   Деталь детектора, которую окрестили «паук», — переизлучатели спектра
 
«Попадая в атмосферу Земли, и протоны, и гамма-кванты рождают сотни тысяч элементарных частиц. Это явление называется “широкий атмосферный ливень”. Есть два типа ливней: электромагнитный, вызванный гамма-квантами, и адронный, вызванный протонами или ядрами. От одной частицы с большой энергией на поверхности Земли “засвечивается” пятно диаметром несколько сотен метров. Если ливень “накрывает” черенковский телескоп, то прибор получает его изображение. По этой картинке можно отличить ливни от гамма-квантов и от адронов, — говорит старший научный сотрудник Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН кандидат физико-математических наук Евгений Анатольевич Кравченко. — Однако когда энергии превышают 100 ТэВ, различить частицы таким оборудованием становится невозможно. И тут как раз должны помочь наши детекторы, которые регистрируют мюоны, — одни из частиц, прилетающих на землю с атмосферным ливнем».
 
Свет из переизлучателя 
   Свет из переизлучателя
 
Часть детекторов планируется расположить на поверхности, часть — под землей, на глубине около 1,5 метров. «С адронным ливнем на Землю попадает гораздо больше мюонов, чем с электромагнитным ливнем от гамма-кварка. Мюоны, по сравнению с другими частицами, слабее всего поглощаются в веществе (в земле). Если мюоны зарегистрируют и наземные, и подземные счетчики, значит, это был адронный ливень от протонов, он нас в данном случае не интересует. А если сработали наземные детекторы, а под землей — тишина, то это электромагнитный ливень от гамма-квантов, и для таких событий мы будем строить картину небесной сферы», — объясняет Евгений Кравченко.
 
Герметизация кабеля 
Герметизация кабеля 
   Герметизация кабеля
 
Перед учеными стояла задача сконструировать достаточно простые и недорогие мюонные счетчики. Во-первых, они должны эксплуатироваться в условиях, которых не выдержит капризная техника. Во-вторых, детекторов потребуется много, в перспективе — несколько сотен: гамма-кванты высоких энергий прилетают на Землю достаточно редко, следовательно, счетчики должны располагаться на обширной территории, чтобы увеличить вероятность зарегистрировать событие.
 
Одна из основных деталей счетчика — фотоэлектронный умножитель — регистрирует вспышки в сцинтилляторе от пролета частицы 
  Одна из основных деталей счетчика — фотоэлектронный умножитель — регистрирует вспышки в сцинтилляторе от пролета частицы
 
Новосибирские физики разработали оригинальную конструкцию счетчика, с достаточно большой площадью детектора регистрации (сцинтиллятора) и небольшим фотоэлектронным умножителем — одной из самых дорогих частей установки. Практически все детали произведены в России: сцинтилляционная пластмасса — во Владимире, переизлучатели спектра — в Дзержинске, фотоэлектронный умножитель — в Москве, кабели — в Пскове, корпус — в технопарке новосибирского Академгородка. Обрабатывали сцинтилляторы и другие детали в ИЯФ СО РАН по собственным технологиям, окончательная сборка проходит в Новосибирском государственном университете. 
 
Стенд для проверки мюонных счетчиков 
   Стенд для проверки мюонных счетчиков
 
Евгений Кравченко у осциллографа 
   Евгений Кравченко у осциллографа
 
В обсерватории TAIGA планируется установить три станции по 16 счетчиков (8 на земле, 8 под землей на каждой станции). Детекторы стоят в несколько раз дешевле зарубежных аналогов, кроме того, они гораздо проще в эксплуатации. «Сейчас в обсерватории используются итальянские счетчики, для них нужен особый “погреб”, куда периодически спускается специалист для их обслуживания. Наши установки — герметичные, без разъемов. Их можно просто засыпать землей, и, надеюсь, они будут работать годами», — говорит Евгений Кравченко.
 
Текст и фото Александры Федосеевой
 

Источники

Ловушки для гамма-квантов
Наука в Сибири (sbras.info), 21/06/2019
Сибирские ученые разработали детекторы космических частиц
ИА Regnum, 21/06/2019
В обсерваторию в Бурятии доставили детекторы для космических частиц
Baikal-daily.ru, 23/06/2019
В обсерваторию в Бурятии доставили детекторы для космических частиц
Seldon.News (news.myseldon.com), 23/06/2019
В обсерваторию в Бурятии доставили детекторы, чтобы закопать их в землю
HOLME SPACE (holme.ru), 23/06/2019
В обсерваторию в Бурятии доставили детекторы, чтобы закопать их в землю
Улан-Удэ новости (nuud.ru), 23/06/2019
В обсерваторию в Бурятии доставили детекторы, чтобы закопать их в землю
Московский Комсомолец # Улан-Удэ (ulan.mk.ru), 23/06/2019
В обсерваторию в Бурятии доставили детекторы, чтобы закопать их в землю
Seldon.News (news.myseldon.com), 23/06/2019
Сибирские ученые разработали детекторы космических частиц
Polpred.com, 21/06/2019
Сибирские ученые разработали детекторы космических частиц
Новости всемирной сети (news-w.com), 21/06/2019

Похожие новости

  • 20/06/2016

    В Институте ядерной физики СО РАН состоится 30-е международное совещание по физике токамаков

    С 21 по 25 июня в Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) пройдет 30-е международное совещание по физике токамаков (The International Tokamak Physics Activity, ITPA). Мероприятия этой серии проводятся коллаборацией ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) дважды в год – во Франции, где сооружается установка, и в одной из стран-участниц проекта.
    3087
  • 28/04/2018

    Внутренний огонь физика Будкера: 100 лет со дня рождения основателя Института ядерной физики СО РАН

    ​​1 мая исполняется 100 лет со дня рождения основателя Института ядерной физики Сибирского отделения РАН Андрея Будкера. Андрей Будкер - крупный теоретик, "релятивистский инженер", пионер коллайдеров на встречных пучках заряженных частиц.
    1643
  • 10/10/2017

    Молодежная конференция «Оптические и информационные технологии» прошла в новосибирском Академгородке

    ​​​Традиционная молодёжная конкурс-конференция «Оптические и информационные технологии» прошла с 25 по 27 сентября 2017 года в новосибирском Академгородке. Её организовали совместно Институт автоматики и электрометрии (ИАиЭ) СО РАН и Новосибирский государственный университет (НГУ) (при финансовой поддержке Российского научного фонда).
    1743
  • 30/11/2018

    Школа юного физика «Архимед» для старшеклассников

    ​Школа юного физика «Архимед» приглашает старшеклассников провести зимние каникулы нестандартно, интересно и полезно. Ежегодная зимняя школа пройдёт с 8 по 12 января. Здесь ребята, увлечённые физикой, познакомятся с современными достижениями в этой научной области.
    1489
  • 30/01/2018

    Глиобластому головного мозга учатся лечить в Новосибирске

    ​Глиобластому головного мозга - диагноз, стоивший жизни Дмитрию Хворостовскому и Михаилу Задорнову - учатся лечить в Новосибирске. Ученые ИЯФ СО РАН создали компактную установку, обеспечивающую такой поток надтепловых нейтронов, который достаточен для лечения пациентов методом бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ).
    3989
  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    1970
  • 15/12/2016

    Директор ИЯФ СО РАН Павел Логачёв об ответственности академика, коллайдерах и Нобелевских премиях

    Для доктора физико-математических наук Павла Логачёва последние два года отмечены важными вехами в карьере. В 2015 году он стал третьим по счёту после Герша Будкера и Александра Скринского директором Института ядерной физики СО РАН — крупнейшего академического института России.
    4585
  • 14/04/2017

    На коллайдер SuperKEKb в Японии установили детектор Belle II с российским оборудованием

    В ускорительном центре КЕК (Цукуба, Япония) завершена установка детектора Belle II в место встречи пучков коллайдера SuperKEKB, сообщает пресс-служба КЕК. Общий вес детектора превышает 1400 тонн. Одна из его ключевых систем – 40-тонный электромагнитный калориметр на основе кристаллов йодистого цезия – был создан и разработан при определяющем участии Института ядерной физики им.
    1496
  • 09/10/2018

    Что и как будут лечить в кластере ядерной медицины в Новосибирске

    ​В Советском районе Новосибирска до 2025 года должен появиться радиологический кластер — три центра для диагностики и лечения рака. Соглашение об этом 27 августа на выставке «Технопром-2018» подписали ректор Новосибирского госуниверситета Михаил Федорук, врио губернатора Андрей Травников и замгендиректора холдинга «Швабе» Сергей Попов.
    1410
  • 28/02/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу, которая уточнит кварковую модель

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).
    823