Mit der Entdeckung hochenergetischer astrophysikalischer Neutrinos im Jahr 2013 wurde ein neues Wissensgebiet eröffnet - die hochenergetische Neutrinoastrophysik. Dies geschah, als der IceCube-Detektor am Südpol im antarktischen Eis erstmals Neutrinos mit Energien über 1000 TeV entdeckte. Bisher wurden im IceCube-Experiment über 100 hochenergetische astrophysikalische Neutrinos in der südlichen Hemisphäre aufgezeichnet. Um Neutrinos aus der gesamten Himmelssphäre zu detektieren, ist ein Neutrino-Teleskop im Gigaton-Maßstab auf der Nordhalbkugel erforderlich. Daher wird seit 2015 das Neutrino-Teleskop der zweiten Generation des BAIKAL-GVD aktiv am Baikalsee gebaut.
Das im Bau befindliche Baikal-Neutrino-Teleskop ist eine einzigartige wissenschaftliche Einrichtung und zusammen mit den IceCube-, ANTARES- und KM3NeT-Teleskopen Teil des Global Neutrino Network (GNN) als wesentliches Element des Netzwerks auf der Nordhalbkugel der Erde.
Neutrino ist ein ausgezeichneter "Geschichtenerzähler" über astrophysikalische Kataklysmen. Es fliegt durch das Universum und wird praktisch von niemandem oder irgendetwas absorbiert. Da dieses Teilchen neutral ist, wird es nicht durch magnetische und elektrische Felder abgelenkt, was bedeutet, dass seine Quelle genau in der Richtung liegt, aus der das Auftreten von Neutrinos aufgezeichnet wurde. Die Quellen für kosmische Neutrinos, die die Erde erreichen, sind Supernova-Explosionen, Schwarze Löcher, aktive galaktische Kerne oder binäre Sternensysteme. Deshalb sind Neutrinos ein hervorragendes Werkzeug, um die im Weltraum ablaufenden Prozesse zu untersuchen.
Das BAIKAL-GVD-Neutrino-Teleskop dient zur Registrierung und Untersuchung von ultrahochenergetischen Neutrino-Flüssen aus astrophysikalischen Quellen. Mit seiner Hilfe planen Wissenschaftler, die Prozesse mit einer enormen Energiefreisetzung zu untersuchen, die in der fernen Vergangenheit im Universum stattgefunden hat. Eines der Geheimnisse der modernen Astrophysik ist der Mechanismus der Geburt astrophysikalischer Neutrinos im Universum, der milliardenfach energiereicher als solare Neutrinos ist, und das Neutral-Teleskop Baikal kann dank seiner einzigartigen Eigenschaften dieses Rätsel aufklären.
Das Baikal-Neutrino-Teleskop ist ein Neutrino-Detektor im Baikalsee in einer Entfernung von 3,6 km vom Ufer, wo die Tiefe des Sees 1366 m erreicht. Der Standort für die Installation wurde nicht zufällig ausgewählt. Erstens gibt es in diesem Bereich eine Eisenbahn und Stromleitungen. Ein großes industrielles und wissenschaftliches Zentrum, die Stadt Irkutsk, befindet sich 55 km vom Detektor entfernt. Zweitens ist das Seewasser frisch, was mögliche Schäden an der Ausrüstung verhindert. Drittens ist der See zwei Monate im Jahr mit einer starken Eisdecke bedeckt, so dass Installationsarbeiten ohne Angst durchgeführt werden können. Und schließlich fehlt dem Baikal das Hintergrundlicht von K40 und die Biolumineszenz, die einen Flare-Charakter hat.
Sie könnten den ordnungsgemäßen Betrieb des Detektors beeinträchtigen.
Wenn Neutrinos die Baikalwassersäule passieren, besteht die Möglichkeit, dass einige der schwer fassbaren Partikel immer noch durch Wasser gestoppt werden. Im Falle einer solchen Wechselwirkung wird entweder eine Myon- oder eine Duschkaskade von energiereichen Partikeln gebildet. Sowohl das Myon als auch die Duschkaskade verursachen das Leuchten von Wasser, das in der Physik als Cherenkov-Strahlung bezeichnet wird, ein Phänomen, das von den sowjetischen Physikern P. A. Cherenkov und S. I. Vavilov entdeckt wurde. Ein solches Glühen tritt auf, wenn sich ein geladenes Teilchen (zum Beispiel ein Myon) in Wasser mit einer Geschwindigkeit bewegt, die größer als die Lichtgeschwindigkeit in Wasser ist (die Lichtgeschwindigkeit in Wasser nimmt umgekehrt proportional zum Brechungsindex ab). Tatsächlich tritt ein Phänomen auf, bei dem das Myon das Licht überholt. Die Aufgabe des Detektors besteht darin, Cherenkov-Strahlung zu registrieren und Ereignisse mit astrophysikalischen Neutrinos von anderen möglichen Ereignissen zu trennen.
Die größte Struktureinheit des GVD ist der Cluster. Für 2020 verfügt der Detektor über sieben Cluster in einem Abstand von 300 m voneinander. Jeder Cluster besteht aus 8 vertikal hängenden Girlanden, an denen optische Glasmodule hängen - 36 an jeder Girlande. Das Projekt der fertigen Anlage am Baikalsee soll laut Projekt etwa einen Kubikkilometer betragen.
Das Baikal-Neutrino-Teleskop wird heute in internationaler Zusammenarbeit mit der führenden Rolle des Instituts für Kernforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften (Moskau) - dem Begründer dieses Experiments und der Richtung der "Neutrino-Astronomie" in der Welt - und dem Gemeinsamen Institut für Kernforschung (Dubna) gebaut. Insgesamt nehmen über 70 Wissenschaftler und Ingenieure aus zehn Forschungszentren in Russland, Deutschland, Polen, der Tschechischen Republik und der Slowakei an dem Projekt teil.
Fotos von Bair Shaybonov