IceCube ( рус. «Ледяной куб» или « Ледяной кубик », произносится «АйсКьюб») — нейтринная обсерватория , построенная на антарктической станции Амундсен-Скотт . Как и его предшественник, мюоно-нейтринный детектор , IceCube расположен глубоко в толще антарктического льда. На глубине от 1450 до 2450 м помещены прочные «нити» с прикреплёнными оптическими детекторами ( фотоумножителями ). Каждая «нить» имеет 60 фотоумножителей. Оптическая система регистрирует черенковское излучение мюонов высокой энергии, движущихся в направлении вверх (то есть из-под земли). Эти мюоны могут рождаться только при взаимодействии мюонных нейтрино, прошедших сквозь Землю, с электронами и нуклонами льда (и слоя грунта подо льдом, толщиной порядка 1 км). Поток мюонов, движущихся сверху вниз, значительно выше, однако они большей частью рождаются в верхних слоях атмосферы частицами космических лучей. Тысячи километров земного вещества служат в качестве фильтра, отсекая все частицы, которые испытывают сильное или электромагнитное взаимодействие (мюоны, нуклоны , гамма-кванты и т. п.). Из всех известных частиц только нейтрино могут пройти Землю насквозь. Таким образом, хотя IceCube расположен на Южном полюсе, он обнаруживает нейтрино, приходящие с северной полусферы неба.

Название детектора связано с тем, что общий объём использующегося в нём черенковского радиатора (льда) в проектной конфигурации достигает 1 кубического километра.

Статус постройки

Строительство нейтринного телескопа было начато в 2005 году — тогда под лёд была погружена первая «нить» с оптическими детекторами. В следующем году количество нитей достигло 9 штук, что сделало IceCube крупнейшим нейтринным телескопом в мире. В течение следующих двух летних сезонов были установлены 13 и затем 18 нитей с детекторами. Строительство обсерватории завершено в 2010 году , когда последние из 5160 предусмотренных проектом оптических модулей заняли своё место в толще антарктического льда . Однако набор данных начался ещё раньше. Первое нейтринное событие было зарегистрировано 29 января 2006 года.

Задачи

Детектирование нейтрино

Хотя проектный темп регистрации нейтрино детектором невелик, угловое разрешение достаточно хорошее. В течение нескольких лет ожидается построение карты потока высокоэнергичных нейтрино из северной небесной полусферы.

Источники гамма-излучения

Столкновение протонов с протонами либо с фотонами обычно порождает элементарные частицы пионы . Заряженный пион распадается главным образом на мюон и мюонное нейтрино , в то время как нейтральный пион обычно распадается на два гамма-кванта . Потенциально поток нейтрино может совпадать с потоком гамма-квантов для таких источников, как гамма-всплески и остатки сверхновых . Данные, полученные с помощью обсерватории IceCube, объединённые с данными таких детекторов высокоэнергичных гамма-квантов, как и MAGIC , помогут лучше понять природу этих явлений.

Теория струн

Учитывая мощность и местоположение обсерватории, учёные намерены провести серию экспериментов, призванных подтвердить либо опровергнуть некоторые утверждения теории струн , в частности — существование так называемого стерильного нейтрино .

Результаты

22 сентября 2017 года детектор зарегистрировал событие IceCube-170922A, представляющее собой трек мюона , образовавшегося в результате взаимодействия со льдом прилетевшего из нижней полусферы мюонного нейтрино сверхвысокой энергии (около 290 ТэВ ) . В результате сопоставления данных о направлении и времени прилёта нейтрино с наблюдениями других астрономических инструментов (включая гамма-, рентгеновские, радио- и оптические телескопы) впервые удалось отождествить источник космических нейтрино сверхвысоких энергий. Им оказался блазар TXS 0506+056 , находящийся в созвездии Ориона на расстоянии около 4 млрд световых лет . Директор Национального научного фонда США , финансирующего IceCube, Франс Кордова по поводу данного открытия заявил: «Наступила эпоха многоканальной астрономии. Каждый канал — электромагнитный , гравитационно-волновой и теперь нейтринный — помогает нам в ещё более полном объёме понять Вселенную , а также важные процессы в самых мощных объектах на небе» .

В 2020—2021 гг. российские исследователи на основе данных IceCube обосновали генерацию нейтрино с энергиями от 1 ТэВ блазарами и установили, что приход таких нейтрино связан со вспышками радиоизлучения блазаров . Идея проверить именно радиоизлучение квазаров по направлениям прихода нейтрино, а не проверявшееся до этого гамма-излучение принадлежит Ю. Ю. Ковалёву .

Примечания

Ссылки

• от 27 марта 2021 на Wayback Machine (англ.)
• от 28 декабря 2008 на Wayback Machine , Популярная механика, 2008
• от 11 сентября 2019 на Wayback Machine
• от 28 мая 2014 на Wayback Machine // Элементы.ру , 2014