Идею для Нобелевской премии по физике 2026 года подсказал в 1960-х годах советский физик Марков

Идею использовать гигантскую водяную толщу для «поимки» нейтрино подсказал в 1960-х годах наш ученый Моисей Марков. Спустя 60 с лишним лет за, по сути, развитую идею советского физика получил Нобелевскую премию американский ученый Фрэнсис Хальзен. Главный научный сотрудник Научно-образовательного центра НЕВОД НИЯУ МИФИ, профессор Анатолий Петрухин рассказал о том, как развивалась научная мысль в направлении значимого открытия.

Фрэнсис Хальцен. фото: Bergamo Scienza/АР

– История крупномасштабных нейтринных экспериментов началась в 1973 году, – говорит Анатолий Петрухин, – но еще до этого многие ученые занимались нейтрино: нейтринные детекторы размещались глубоко под землей в Индии, в Южной Африке – там, кстати и было впервые зарегистрировано нейтрино космических лучей в 1956 году Фредериком Райнесом, за что он получил Нобелевскую премию в 1995 году.

Тогда детекторы размещали в шахтах. Чем выше энергия нейтрино, тем их меньше, а так как вероятность взаимодействия нейтрино с любым веществом очень маленькая, то, чтобы зарегистрировать какое-то количество событий, нужен детектор очень большой массы. Из какого материала можно на Земле построить детектор размером 1 кубический километр? Это возможно, если взять что-то природное.

– Что же в итоге придумали?

– В 1961 году на X Международной (Рочестерской) конференции по физике высоких энергий наш академик Моисей Марков предложил регистрировать космические нейтрино сверхвысоких энергий в гигантских естественных водоемах – озерах, морях, океанах.

Именно это предложение Маркова легло в основу создания крупнейших современных нейтринных телескопов, таких как Baikal-GVD (на озере Байкал), международный проект DUMAND (около Гавайских островов) и IceCube (на Южном полюсе).

– Про проект DUMAND слышу впервые. Что с ним стало?

– Проект Deep Underwater Muon And Neutrino Detector стал первым в истории масштабным проектом по созданию глубоководного нейтринного телескопа. Его планировали развернуть в Тихом океане у берегов острова Гавайи (в районе мыса Кeahole метров. Там оказался очень подходящий рельеф дна – глубина до 5 км недалеко от берега. Но там же впервые возникла проблема – как опускать детекторы в воду в условиях качки? И действительно, самый первый детектор утонул, так как оторвался трос, не выдержав сопротивления воды даже при небольшой качке.

Вторая проблема – прозрачность воды. Чем прозрачнее вода, тем больше может быть расстояние между детекторами, соответственно, и самих детекторов может быть меньше. Тогда же, в 1976 году, когда обсуждали создание DUMAND, один из американских ученых выступил с сообщением, что сама чистая вода на Земле находится в Байкале. Так тема создания детектора на Байкале получила свое развитие. Прежде всего, там удобно размещать гирлянды детекторов зимой, со льда – нет никакой качки, и в воде нет биолюминесценции, которая может мешать в океане.

– А Френсис Хальзен, получается, решил избежать многих описанных проблем, сделав ставку на лёд?

— Да, в это же время американские ученые предложили использовать для нейтринных исследований лед Антарктиды. Главным организатором этого проекта и стал Фрэнсис Хальзен. Но и у льда, как оказалось были свои проблемы. Сначала, в рамках проекта AMANDA, модули были опущены на глубину от 500 до 1500 метров подо льдом. И оказалось, что имеющиеся во льду пузырьки воздуха создают помехи при регистрации нейтрино. А чем глубже, тем меньше таких пузырьков, тем чище лед. Поэтому, когда стали строить ICE CUBE, детекторы опустили уже на глубину 1500 – 2500 метров. Никаким сверлом сделать такую скважину было невозможно, поэтому сверлили лед перегретым паром, и нужно было успеть быстро опустить гирлянду с модулями в скважину, пока она не замерзла. Это была сложнейшая технологическая задача.

— Как высоко вы оцениваете вклад Фрэнсиса Хальзена в общее дело поимки нейтрино?

– Премия, полученная Фрэнсисом Хальзеном, конечно, совершенно заслуженная, потому что создание ICE CUBE – это несколько десятилетий колоссальной работы, и научной, и организаторской. Он занимает объем 1 кубический километр, в нем около 5000 модулей, и 86 гирлянд. Хальзену удалось зарегистрировать несколько нейтрино с такими высокими энергиями, которые раньше никогда не регистрировались на Земле (если быть точным, энергию нейтрино вообще нельзя измерить, можно зарегистрировать только результаты взаимодействие нейтрино с веществом, а затем оценить энергию нейтрино). Открытие высокоэнергетических нейтрино – безусловный прорыв в науке, но мы пока не знаем, откуда они прилетели и как образовались, как получили такую энергию.

Но это не должно пугать – термоядерная энергия на Земле, например, тоже не быстрая история. Термоядерную бомбу сделали в 1955 году, а термоядерный реактор до сих пор не построен, окончание его строительства все время отодвигается. А в случае с нейтрино мы имеем дело с энергиями в миллионы раз большими, чем ядерные и термоядерные. Их источник непонятен, мы открываем совершенно новый мир – мир нейтрино ультравысоких энергий. И планируется строить еще более крупные нейтринные телескопы – на Байкале или в Южно-Китайском море. И ICE CUBE, кстати, тоже планирует расти – до 10 кубических километров.

Источник