Главный инструмент проекта - Байкальский нейтринный телескоп, который начал работать в прошлом году и обошелся в 2,3 млрд руб. (Американский телескоп IceCube в Антарктиде стоит в несколько раз дороже - 270 миллионов долларов.) Такие расходы и такая научная сборная ради всего одной элементарной частицы? Не перебор ли? (Кстати, частица удостоена уже четырех нобелевских премий).
Астрофизики приводят неожиданную аналогию. Чтобы узнать свое прошлое, кто мы, откуда пришли, археологи ведут раскопки во всех точках Земли. Но не менее заманчиво проникнуть в историю нашей Вселенной, понять, как она появилась около 15 миллиардов лет назад, как зарождались и развивались галактики. Многое, конечно, уже известно, но самые интригующие моменты, "первые" мгновения после Большого взрыва остаются тайной. Ключом к ее раскрытию и может стать именно нейтрино.
Игра идет на главной ее особенности - она очень слабо взаимодействует с материей. Скажем, через каждый квадратный сантиметр в секунду на Землю проходят триллионы прилетающих от Солнца нейтрино, но мы их совершенно не замечаем. Мы для них как пустое место. И вот эта "некоммуникабельность" частицы позволяет приблизиться к первым моментам зарождения Вселенной. Дело в том, что ни электромагнитные волны, ни электроны, ничто другое не может пролететь в космосе в неизменном виде. На это способны только необщительные нейтрино. От источника рождения до Земли они летят в неизменном виде, а значит, несут бесценную информацию о происходивших миллиарды лет назад событиях во Вселенной.
Наука нашла изощренные способы ловить нейтрино. Но этого уже мало. Надо заставить их разговориться, рассказать, откуда они прилетели, где в бесконечном космосе на расстояниях в миллиарды световых лет находятся их прародители. И тогда по этим космическим адресам свои телескопы могут направить астрономы, чтобы день за днем, детально изучать эти далекие объекты, подробней разобраться в их истории.
Уже почти десять лет в Антарктиде ловит нейтрино американский телескоп IceCube. За эти годы улов небогатый, около 100 нейтрино внеземного происхождения, так называемых астрофизических нейтрино. Байкальский телескоп всего за год работы сумел отловить уже десять таких частиц. Дело в том, что его точность определения направления в разы лучше, чем у американца.
- Откуда прилетели эти 10 нейтрино, точно пока не известно, но мы с высокой точностью знаем направления, а значит, понятно, куда направлять другие телескопы, - говорит заместитель директора Института ядерных исследований РАН Григорий Рубцов.
Второй результат проекта указывает на конкретные источники. Речь идет о так называемых блазарах - одном из классов активных ядер галактик. Эти мощные источники излучения находятся от нас на огромных расстояниях. Как российским ученым удалось понять, что эти объекты - источники нейтрино?
- Наводками для поиска стали данные, полученные сотрудниками Специальной астрофизической обсерватории РАН, - говорит Рубцов. - Они много лет ведут наблюдение за активными галактиками в радиодиапазоне. Когда сопоставили эти данные и полученные Байкальским и другими нейтринными телескопами направления прихода нейтрино от блазаров, то в 70 случаях они совпали.
Это стало прорывом, ведь впервые в мире удалось определить адреса целой популяции сразу из 70 радиоблазаров, которые производят не менее 25% нейтрино высоких энергий. По сути, решена задача, стоявшая с момента открытия таких нейтрино в 2014 г.
Еще один адрес нашел эксперимент, где наводчиком на источник нейтрино стало гамма-излучение. Оно зарегистрировано одновременно с нейтрино на уникальной установке "Ковер-2" Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН. Это предсказанное еще в 1978 году явление зарегистрировано впервые в истории.
- Следующий эксперимент связан с одной из самых главных загадок Вселенной: почему она состоит из вещества, хотя при ее рождении его и антивещества было поровну. Есть версии, что и здесь не обошлось без нейтрино. А точнее антинейтрино, - говорит Рубцов. В эксперименте T2K получены новые, более точные данные о том, что нейтрино и антинейтрино отличаются. Этот результат открывает новые перспективы в понимании природы нейтрино и космологии.
И последний результат проекта связан с поиском нейтрино нового вида. Сегодня их известно три - электронное, мюонное и тау-нейтрино. Они могут переходить друг в друга и возвращаться в исходное состояние. Эти частицы хотя и очень слабо, но взаимодействуют с материей. Но есть гипотеза, что существует еще один вид - стерильные. Считается, что они вообще не имеют никаких контактов с материей. Отсюда и название. "В эксперименте DANSS на Калининской АЭС удалось достичь наивысшей на сегодня в мире чувствительности к стерильным нейтрино. Это позволило впервые уточнить, а точнее, сократить диапазон поиска этих удивительных частиц, - говорит Рубцов. - Кстати, они могут быть причастны к еще одной загадке - темной материи", из нее на 25 процентов состоит наша Вселенная.
Результаты этого проекта открывают новые знания о свойствах нейтрино, источниках и механизмах их рождения, определяют мировой уровень этих исследований и подтверждают лидерство России в данной области науки.
В стартовавшем в 2020 году проекте 100-миллионнике "Нейтрино и астрофизика частиц" участвуют Институт ядерных исследований РАН, Объединенный институт ядерных исследований в Дубне, Физический институт имени П.Н. Лебедева, Специальная астрофизическая обсерватория РАН, МГУ, МФТИ и Иркутский госуниверситет.
Руководитель проекта: главный научный сотрудник ИЯИ РАН, академик Валерий Рубаков.
