Вклад нашего университета состоит в расчётном обосновании подводных несущих конструкций телескопа, разработке совместно с ИЯИ РАН проектной документации и изготовлении глубоководных прочных корпусов и других элементов комплекса, составляющих нейтринный телескоп буйковых станций-носителей аппаратуры и его донных кабельных линий связи. Сотрудники нашего университета регулярно в течение 31 года принимают участие в ледовых экспедициях на Байкал для проведения регламентных работ по поддержанию работоспособности нейтринного телескопа и наращиванию его состава и эффективного объёма.
В результате совместной работы в 2018-2019 гг. организаций-членов этой коллаборации, и монтажно-сборочным работам в экспедиции на лёд озера Байкал с 15 февраля по 12 апреля 2019 года были введены в строй ещё два кластера создаваемого глубоководного нейтринного телескопа Baikal-GVD кубокилометрового масштаба.
Принятая кластерная структура байкальского глубоководного телескопа, изображённая на рисунке, позволяет расширять эффективный объём этой уникальной установки, добавляя последующие кластеры подобно добавлению пчелиных сот к ранее созданной основе.
Всего на сегодняшний день телескоп содержит пять работающих в режиме набора данных кластеров. Каждый кластер состоит из восьми вертикальных гирлянд оптических модулей – по 36 модулей на гирлянде. Пространственную решётку телескопа составляют 1440 оптических модулей. Они размещены на глубинах 750-1350 м в четырех километрах от берега озера Байкал в районе 106 километра Кругобайкальской железной дороги. Эффективный объём установки достиг уровня ~0,25 кубического километра для ливневых событий от нейтрино высоких энергий. Это позволяет ожидать два-три события в год от астрофизических нейтрино с энергиями, превышающими 100 ТэВ (терраэлектронвольт). В состав телескопа также входит ряд перспективных устройств, с помощью которых исследуют новые способы определения пространственных координат оптических модулей, устройства для исследований и мониторинга гидрологических и оптических свойств водной среды, устройство для измерения вариативности напряжённости электрического поля в водной толще озера Байкал.
Во время экспедиции 2019 года был выполнен объём монтажных работ вдвое превышающий прошлогодний. Для этого было изготовлено 600 оптических и 80 управляющих электронных модулей, размещённых в глубоководных стеклянных сферических прочных корпусах. Особое внимание уделялось обеспечению надёжности глубоководной аппаратуры. Развёрнуты и включены в состав телескопа кластеры со всеми глубоководными конструкциями, кабельные подводные магистральные и сетевые соединения, модемы гидроакустической системы позиционирования и другие элементы установки. Усовершенствованы технологии подготовительных, глубоководных и монтажных работ с поверхности льда, расширен парк специального автотранспорта, существенно улучшены условия труда и быта приезжающих специалистов.
В экспедиции участвовали 60 научных сотрудников, инженеров, техников, рабочих, включая волонтёров. Среди них было пять специалистов из зарубежных организаций.
На представленном фото — команда участников работ экспедиции 2019 года накануне её завершения и отъезда со льда озера.
Программа экспедиции 2019 года была выполнена полностью. В дополнение к двум новым кластерам гирлянд глубоководных оптических модулей, по дну озера были проложены две новые донные кабельные линии связи установки с береговым центром. Все системы телескопа были многократно протестированы и поставлены в штатный режим набора данных.
Телескоп Baikal-GVD предназначен для исследования природного потока нейтрино высоких энергий. В результате взаимодействий нейтрино с атомами молекул воды озера Байкал образуются заряженные лептоны и каскадные ливни, генерирующие черенковское излучение фотонов света. Оно регистрируется при посредстве фотоэлектронных умножителей оптических модулей установки. Электронная система телескопа измеряет времена регистрации излучения с точностью порядка миллиардных долей секунды, что позволяет восстановить направление траекторий движущихся частиц с угловой точностью до долей градусов.
Для характерных энергий частиц, детектируемых нейтринным телескопом, траектории заряженных частиц практически совпадают с направлением прихода астрофизических нейтрино. Они приходят к нам без малейших искажений от своего источника, практически без потери энергии. Поэтому большие глубоководные нейтринные телескопы после достижения определённых размеров открывают эру нейтринной астрономии, что позволит изучать структуру и процессы Вселенной на гигантских расстояниях, недоступных никаким другим устройствам.
Результаты обработки данных, полученных с помощью ранее установленных кластеров Baikal-GVD, показали его способность регистрировать нейтрино высоких энергий и необходимость увеличения его объёма для повышения надёжности и достоверности результатов. Свойства байкальской воды, а также совокупность других сопутствующих обстоятельств дают возможность создания уникальной в мировой практике по чувствительности и угловому разрешению установки, открывающей новые горизонты в астрономии и астрофизике.
Байкальский глубоководный нейтринный телескоп является уникальной научной установкой России и, наряду с IceCube (США, Антарктида), ANTARES (Франция, Средиземное море) и KM3NeT (10 европейских стран, Средиземное море), входит в Глобальную нейтринную сеть (GNN) как важнейший элемент сети в Северном полушарии Земли и как первый шаг на пути создания международного научного консорциума «Глобальная нейтринная обсерватория» (GNO). Основные результаты работ, как и результаты наших коллег из IceCube, ANTARES и KM3NeT публикуются в ежемесячном выпуске GNN Monthly – бюллетене Глобальной нейтринной сети. Полученные научные результаты будут опубликованы в ведущих российских и зарубежных журналах и будут доложены на научных конференциях и семинарах.
В заключение отметим, что начало XXI века стало временем сенсационных открытий в области физики нейтрино, которые послужили основанием для корректировки и уточнения модели зарождения и развития Вселенной. Работы в области изучения нейтрино удостоены нобелевских премий по физике в 1988, 1995, 2002 и 2015 годах. Полученные физиками к настоящему времени результаты инициируют дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования свойств нейтрино и их значительного вклада в состав материи, заполняющей Вселенную.
