Сделан первый шаг по созданию уникальной установки для исследования космических лучей
С октября 2013 года на Тункинском полигоне Иркутского государственного университета началась пробная эксплуатация установки для исследования космических лучей Тунка-HiSCORE. В перспективе эта установка должна стать крупнейшей в мире гамма-обсерваторией.
Наземные установки серии «Тунка» предназначены для исследования космических лучей в области сверхвысоких энергий методом анализа широких атмосферных ливней (ШАЛ). ШАЛ – это потоки лептонов (электронов и мюонов) и адронов, возникающие в атмосфере в результате взаимодействия первичных частиц космических лучей сверхвысокой энергии (более 105 ГэВ) с ядрами атомов газов воздуха. Одна частица космических лучей порождает множество вторичных частиц в ходе многокаскадного процесса. Название «широкие» они получили за то, что поперечные размеры этих ливней достигают нескольких километров, а захватываемая площадь – десятков квадратных километров. ШАЛ обнаруживают и изучают с помощью систем детекторов частиц, черенковского и ионизационного свечения атмосферы, радиоизлучения.
Рождение космического излучения происходит во многих космических процессах, и оно в значительной степени определяет свойства космической плазмы в Галактике, поэтому исследования по физике космических лучей представляют большой интерес. В частности, такие исследования - одно из ведущих направлений в НИИЯФ МГУ.
Большие размеры ШАЛ приводят к тому, что и исследующие их системы занимают значительную территорию. Установка «Тунка-133», запущенная в 2009 году, на сегодняшний день собирает данные со 175 детекторов (первоначально их было 133), расположенных на площади 3 кв. км. Это крупнейшая в мире установка такого типа. Она предназначена для изучения спектра и состава космических лучей в так называемой переходной области энергий (1016 – 1018 эВ) по черенковскому излучению от заряженных частиц ШАЛ.
Особый интерес к этой области энергий связан с предположением, что здесь происходит переход от космических частиц, ускоренных в нашей Галактике, к более энергичным космическим лучам от других, существенно более активных галактик. Точная граничная энергия этого перехода всё ещё не ясна.
Электронная система сбора данных установки «Тунка-133» одновременно записывает сигналы с 25 радиоантенн установки «Тунка-REX», развёртывание которой завершено экспериментальной группой из Карлсруэ (Германия) этим летом. В эксперименте «Тунка-REX» осуществляется регистрация радиоизлучения ШАЛ. Это перспективное направление развития исследований ШАЛ, поскольку ожидается, что в будущем оно позволит создать установки гигантской площади, превышающие всё, что создано до сих пор, так как радиоантенны стоят существенно дешевле фотоумножителей и сцинтилляционных детекторов.
Исследования на установке «Тунка-133» были настолько успешны, что Научный совет по космическим лучам РАН в 2012 году одобрил создание еще более грандиозной установки «Тунка-HiSCORE» (HiSCORE – Hundred Square-km Cosmic Origin Explorer). Это будет очень высокочувствительная установка (с низким порогом по энергии) с лучшей точностью определения направления первичной частицы, что позволит отделить гамма-кванты от потока заряженных частиц космических лучей.
В 2013 году будет производиться пробная работа на 9 детекторах, эффективная площадь каждого из которых в 16 раз больше, чем у детектора установки «Тунка-133». Планируемая в 2014 году первая очередь установки будет содержать 25 детекторов на площади в 1 кв. км. К 2016-му году, когда установка должна заработать на полную мощность число детекторов будет доведено до 100 на территории более 10 кв. км. В дальнейшем планируется доведение общей площади установки до 100 кв. км. Реализация этого проекта стоимостью не менее 1,5 миллиарда рублей рассчитана на десять лет.
Детекторы и электроника, отлаженные на Тункинском полигоне, позволят в дальнейшем создать здесь крупнейшую в мире обсерваторию для исследования Вселенной в гамма–лучах (с энергией более 100 ГэВ). Это возродит гамма-астрономию в России. В апреле 2013 года иркутские физики выиграли мегагрант в 90 млн. рублей на реализацию проекта «Гамма-астрономия мульти-ТэВных энергий и происхождение Галактических космических лучей».
В полевых работах по модернизации и запуску экспериментальных установок Тунка-133 и Тунка-HiSCORE принимали участие как сотрудники НИИЯФ МГУ и НИИПФ ИГУ, так и немецкие учёные из университета Гамбурга, технологического института Карлсруэ и филиала DESY в г. Цойтене (в пригороде Берлина). Детекторы изготовлены в Германии.
По материалам, , ,
