La découverte de neutrinos astrophysiques de haute énergie en 2013 a marqué la naissance d'un nouveau domaine de connaissances - l'astrophysique des neutrinos de haute énergie. Cela s'est produit lorsque le détecteur IceCube, situé au pôle Sud dans la glace antarctique, a détecté pour la première fois des neutrinos avec des énergies supérieures à 1000 TeV. À ce jour, l'expérience IceCube a enregistré plus de 100 neutrinos astrophysiques de haute énergie dans l'hémisphère sud. Pour détecter les neutrinos de partout dans le ciel, un télescope à neutrinos à l'échelle gigatonne dans l'hémisphère nord est nécessaire. Par conséquent, depuis 2015, le télescope à neutrinos de deuxième génération BAIKAL-GVD est activement construit sur le lac Baïkal.
Le télescope à neutrinos de Baïkal en construction est une installation scientifique unique et, avec les télescopes IceCube, ANTARES et KM3NeT, fait partie du réseau mondial de neutrinos (GNN) en tant qu'élément essentiel du réseau dans l'hémisphère nord de la Terre.
Neutrino est un excellent "conteur" sur les cataclysmes astrophysiques. Il vole à travers l'univers, n'étant pratiquement pas absorbé par personne ou quoi que ce soit. Cette particule étant neutre, elle n'est pas déviée par les champs magnétiques et électriques, ce qui signifie que sa source se trouve exactement dans la direction à partir de laquelle l'apparition des neutrinos a été enregistrée. Les sources de neutrinos cosmiques atteignant la Terre sont les explosions de supernova, les trous noirs, les noyaux galactiques actifs ou les systèmes d'étoiles binaires. C'est pourquoi les neutrinos sont un excellent outil pour étudier les processus qui se déroulent dans l'espace.
Le télescope à neutrinos BAIKAL-GVD est conçu pour enregistrer et étudier les flux de neutrinos à ultra haute énergie provenant de sources astrophysiques. Avec son aide, les scientifiques prévoient d'étudier les processus avec une énorme libération d'énergie qui ont eu lieu dans l'Univers dans un passé lointain. L'un des mystères de l'astrophysique moderne est le mécanisme de naissance des neutrinos astrophysiques dans l'Univers, des milliards de fois plus énergétiques que les neutrinos solaires, et le télescope à neutrinos Baïkal, grâce à ses caractéristiques uniques, pourra éclairer ce mystère.
Le télescope à neutrinos de Baïkal est un détecteur de neutrinos situé dans le lac Baïkal à une distance de 3,6 km de la rive, où la profondeur du lac atteint 1366 m. L'emplacement de l'installation n'a pas été choisi par hasard. Premièrement, il y a un chemin de fer dans cette zone et des lignes électriques. Un grand centre industriel et scientifique, la ville d'Irkoutsk, est situé à 55 km du détecteur. Deuxièmement, l'eau du lac est fraîche, ce qui évite d'éventuels dommages aux équipements. Troisièmement, pendant deux mois par an, le lac est recouvert d'une solide couche de glace, ce qui permet d'effectuer sans crainte les travaux d'installation. Et, enfin, Baikal n'a pas la lueur de fond du K40 et de la bioluminescence, qui a un caractère flare.
Ils pourraient empêcher le détecteur de fonctionner correctement.
Lorsque les neutrinos traversent la colonne d'eau du Baïkal, il est possible que certaines des particules insaisissables soient encore arrêtées par l'eau. Dans le cas d'une telle interaction, il se forme soit un muon soit une cascade de particules à haute énergie. Le muon et la cascade de la douche provoquent la lueur de l'eau, appelée radiation Tchérenkov en physique, phénomène découvert par les physiciens soviétiques P. A. Cherenkov et S. I. Vavilov. Une telle lueur se produit lorsqu'une particule chargée (par exemple, un muon) se déplace dans l'eau à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière dans l'eau (la vitesse de la lumière dans l'eau diminue inversement à l'indice de réfraction). En fait, il se produit un phénomène dans lequel le muon dépasse la lumière. La tâche du détecteur est d'enregistrer le rayonnement Tchérenkov et de séparer les événements avec les neutrinos astrophysiques des autres événements possibles.
La plus grande unité structurelle du GVD est le cluster. Pour 2020, le détecteur dispose de sept grappes situées à 300 m les unes des autres. Chaque grappe est constituée de 8 guirlandes suspendues verticalement, sur lesquelles sont suspendus des modules optiques en verre - 36 sur chaque guirlande. Selon le projet, le volume de l'installation finie au lac Baïkal devrait être d'environ un kilomètre cube.
Le télescope à neutrinos de Baïkal est construit aujourd'hui en collaboration internationale avec le rôle principal de l'Institut de recherche nucléaire de l'Académie des sciences de Russie (Moscou) - le fondateur de cette expérience et la direction de «l'astronomie des neutrinos» dans le monde, et de l'Institut commun de recherche nucléaire (Dubna). Au total, plus de 70 scientifiques et ingénieurs de dix centres de recherche en Russie, en Allemagne, en Pologne, en République tchèque et en Slovaquie participent au projet.
Photos de Bair Shaybonov