Байкал: подо льдом древнейшего озера ловят частицы из космоса

Зачем на дне самого старого озера планеты каждую зиму строят телескоп для звёзд

Каждую зиму на Байкал приезжает необычная экспедиция. Люди не катаются на коньках и не фотографируют трещины во льду — они бурят лунки, длинным буром пробивая толщу до самой воды, и опускают в чёрную глубину гирлянды из стеклянных шаров. Со стороны это похоже на подготовку к подлёдной рыбалке, только вместо крючков к тросу подвешены десятки фотоумножителей — приборов, которые ловят вспышки света там, где человеческий глаз не различит ничего.

Может показаться, что учёные выбрали Байкал ради чистоты воды: озеро славится прозрачностью, сквозь него видно на десятки метров вниз. Но тогда зачем опускать приборы именно на глубину тысячи трёхсот метров, а не оставить их у самой поверхности, где вода ещё прозрачнее? Ответ в другом: чем глубже, тем меньше света от солнца и звёзд долетает до датчиков, и тем легче различить редчайшую вспышку, которую оставляет пролетевшая сквозь толщу частица.

Частицу зовут нейтрино. Она рождается при вспышках далёких галактик, при взрывах умирающих звёзд, в окрестностях чудовищных чёрных дыр — там, где энергии недоступны ни одной лаборатории на земле. Нейтрино почти не взаимодействует с веществом: оно способно пронзить всю планету и не заметить препятствия. Именно поэтому его так трудно поймать — и именно поэтому для ловушки нужен не прибор размером со шкаф, а целое озеро.

Идея родилась ещё в конце прошлого века. Первые пробные гирлянды опускали в воду в девяностых, испытания продолжались добрый десяток лет, и лишь в две тысячи пятнадцатом на дно легла первая настоящая гирлянда телескопа — восемь тросов с фотоумножителями, названная в честь научного города Дубна. С тех пор каждую весну, пока лёд ещё держит вес техники и грузовиков, коллектив спускает под воду новые связки приборов и поднимает состарившийся кабель для ремонта.

Сегодня подо льдом находятся теперь четырнадцать кластеров — сто девятнадцать гирлянд, больше четырёх тысяч фотоумножителей, растянутых на глубину, которую не выдержит ни один аквалангист. Эффективный объём воды, который телескоп способен просматривать как единый детектор, приближается к целому кубическому километру.

Этой весной коллектив совершил то, чего не ждали так рано: научился превращать саму толщу воды в точный астрономический прибор. Новые алгоритмы обработки позволили вычислять направление, откуда прилетело нейтрино, с точностью до малой доли градуса — раньше телескоп видел лишь размытое пятно на небе, а теперь способен указать на конкретный источник, будь то далёкий блазар — ядро галактики, извергающее в сторону Земли струю частиц почти на скорости света.

Работает это так: нейтрино почти никогда не сталкивается с молекулой воды, но иногда всё же задевает её, и тогда рождается заряженная частица, летящая быстрее света в воде — хотя не быстрее света в пустоте, это разрешено физикой. За такой частицей тянется голубоватое свечение, слабое, как последний уголёк костра. Гирлянды фотоумножителей ловят этот отблеск и по разнице долей мгновения между датчиками восстанавливают, откуда именно пришёл гость из глубин вселенной.

Планы коллектива тянутся на десятилетия вперёд. К две тысячи двадцать восьмому объём телескопа должен вырасти до целого кубического километра, число фотоумножителей — почти до шести тысяч. А дальше, вместе с китайскими коллегами, готовится телескоп нового поколения, объёмом в тридцать кубических километров: первые опытные гирлянды для него теперь испытывают прямо здесь, среди действующих кластеров Байкала.

Озеро, которому насчитывают двадцать пять миллионов лет — старейшее на планете, — стало окном, через которое смотрят не вниз, а в противоположную сторону: сквозь толщу воды и сквозь саму землю, туда, откуда до нас долетают отголоски самых яростных взрывов во вселенной.

Мы собираем истории по источникам и показываем их под текстом. Проверьте нас: мой-гид точка онлайн.