Ученые нашли способ повысить эффективность поиска космических частиц

Мюонные детекторы, разработанные для гамма-обсерватории TAIGA, которая расположена в Бурятии недалеко от озера Байкал, повысят эффективность поиска космических частиц высокой энергии.

Ученые Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН и Новосибирского государственного университета завершили установку мюонных детекторов для проекта гамма-обсерватории TAIGA, головной организацией которого является Иркутский государственный университет. Оборудование, разработанное и изготовленное в Новосибирске, позволит повысить эффективность поиска космических частиц высокой энергии, что является основой научной программы международного проекта. На данный момент специалисты ИЯФ СО РАН и НГУ изготовили и установили 48 мюонных детекторов — все они прошли проверку и готовы к использованию.

Гамма-обсерватория TAIGA расположена на территории Тункинского астрофизического центра коллективного пользования ИГУ в Республике Бурятия, недалеко от озера Байкал. Эксперимент направлен на решение ряда фундаментальных астрофизических задач, например, обнаружение источников космических частиц с энергией порядка 1015 эВ. В международную коллаборацию входят научные группы из России, Италии, Германии, Румынии. Специалисты из ИЯФ СО РАН и НГУ вошли в проект в 2016 году.

«Эксперименты в области физики элементарных частиц, которые проводятся на ускорителях, совсем скоро достигнут своего технологического предела. Сегодня, например, никто не обсуждает строительство ускорителя с энергией 1000 ТэВ, — рассказал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, заведующий лабораторией НГУ кандидат физико-математических наук Евгений Кравченко. — Но у нас есть космос — „природный“ ускоритель, который всегда работает, и где производятся частицы с энергиями гораздо большими, чем в Большом адронном коллайдере. Одна из целей гамма-обсерватории TAIGA — наблюдать небо в новом энергетическом диапазоне. Мы надеемся, открыть источники космических лучей с энергией порядка 1000 ТэВ, определить состав космических лучей в сверхвысоких энергиях, обнаружить ранее неизвестные частицы, которые могут стать указанием на Новую физику, за пределами Стандартной модели».

В пилотный комплекс гамма-обсерватории TAIGA войдут 120 широкоугольных черенковских детекторов установки TAIGA-HiSCORE, три атмосферных черенковских телескопа с зеркалами площадью около 10 кв. метров установки TAIGA-IACT, три кластера сцинтилляционных детекторов установки TAIGA-Muon.

Основной задачей новосибирских физиков была разработка и производство мюонных сцинтилляционных детекторов.

«Энергия гамма-квантов, которые мы планируем изучать, может быть больше 100 ТэВ — такие частицы прилетают из космоса очень редко, поэтому необходимы установки, способные регистрировать их на площади от одного до тысяч квадратных километров, —пояснил Кравченко. — Здесь требуется развитие специальных детекторных технологий. Мюонные детекторы, которые мы разработали для проекта, помогут надежно выделять гамма-кванты из общего потока частиц. На данный момент мы произвели и поставили в Тункинскую долину 48 детекторов — все они установлены и уже прошли проверку, то есть готовы к работе».

«К концу 2019 года был выполнен основной объем работ по созданию пилотного комплекса гамма-обсерватории TAIGA с гибридной системой детекторов. В настоящее время на площадке обсерватории продолжаются работы по наладке, настройке и калибровке детекторов и установок комплекса, — отметил соруководитель проекта гамма-обсерватории TAIGA, профессор ИГУ доктор физико-математических наук Николай Буднев. — В полном объеме комплекс будет включен в набор данных осенью 2020 года. Результаты его практической эксплуатации должны доказать эффективность гибридного подхода для решения задач гамма-астрономии сверхвысоких энергий, показать, какие решения являются удачными, а какие требуют доработки, и все это должно стать основой для разработки проекта будущей полномасштабной гамма-обсерватории TAIGA площадью, как минимум, десять квадратных километров».

По словам ученого, в 2020 году в Тункинской долине совместно с группой из Женевского университета будут проведены испытания камеры телескопа SST1M, разработанного для эксперимента CTA (Cherenkov Telescope Array). В 2019 г. были выполнены подготовительные работы для создания в составе гамма-обсерватории TAIGA первого телескопа на базе этой камеры.

«Что касается научной программы, в этом году мы опубликовали результаты прецизионных измерений энергетического спектра космических лучей в диапазоне энергий 0,8 ПэВ—4 ЕэВ, получили первые ограничения на поток диффузных гамма-квантов с энергией порядка 100 ПэВ. Но основные результаты мы ожидаем в последующие годы, после того, как пилотный комплекс гамма-обсерватории TAIGA заработает в полном объеме», — добавил Буднев.