科学年の最も重要なイベントの1つは、バイカル湖での巨大なニュートリノ望遠鏡の打ち上げです。それは3月12日に行われました。共同核研究所の核問題研究所の副所長であり、物理数理科学の博士であるドミトリー・ナウモフは、ロシアと世界の科学にとってこの施設の重要性についてRGに話しました。
--Dmitry Vadimovichは、納税者が有名な大型ハドロン衝突型加速器の作成に約100億ドルを費やすことを理解し、同意するために、科学者はヒッグス粒子を美しいラッパー（「神の粒子」のイメージ）に詰めました。彼女は、20世紀の理論物理学の最も優れた成果として認められている有名な標準模型を閉じ、質量がどこから来ているのかを説明しました。そして、理解できないニュートリノを何百万人も探しに行かせる必要があることを私たちに納得させる方法。この粒子はほとんど質量がありません。要するに、なぜニュートリノがバイカル湖の深さで捕らえられるのでしょうか？
ドミトリー・ナウモフ：私はこのアナロジーを与えるでしょう。考古学者は、人類の進化を理解し、私たちの遠い歴史を理解するために発掘調査を行っています。したがって、ニュートリノは宇宙の歴史を垣間見ることができます。数百万年、さらには数十億年前に何が起こったのかを調べてください。銀河がどのように生まれ、発達したか。これらの長年の出来事を再構築するためのツールになることができるのはニュートリノです。
-宇宙にある巨大な地上望遠鏡や天文台は不可能ですか？
ドミトリー・ナウモフ：まず、そのような望遠鏡はすべてを見ることができません。事実は、光が宇宙の密集した高温の領域から出ないかもしれないか、信号が認識を超えて変化するかもしれないということです。第二に、光学望遠鏡が見る場所を持つために、彼らは正確なアドレスを指定する必要があります。結局のところ、空は巨大であり、望遠鏡は興味深い物体を探して無限の空をくぐり抜ける余裕がありません。彼らは、可能な限りそこに集中し、日ごと、月ごとに観察を行うために、可能な限り最も正確な住所を必要としています。これは長くて骨の折れるプロセスです。したがって、ニュートリノは宇宙アドレスのスポッターです。実際、私たちの目の前で、新しい科学が生まれています-ニュートリノ天文学。ごく最近までそれは幻想のように見えましたが、今ではすでに現実になっています。
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Dmitry Naumov：ゲームはニュートリノの主な特徴に基づいています-それは物質と非常に弱く相互作用し、それはこの粒子に対してほとんど透明です。彼女が接触を避けた場合、どうやって彼女を捕まえるのですか？たとえば、太陽からこれらの粒子が地球に到達し、1秒あたり数兆のニュートリノが1平方センチメートルを通過するとします。しかし、私たちはそれらにまったく気づいていません。私たちは彼らにとって空の空間のようなものです。たとえば、太陽から放出されたニュートリノの半分を捕らえるには、宇宙空間全体を私たちから最も近い星アルファケンタウリへの鉛で満たす必要があります。
-ニュートリノを使用すると、宇宙の歴史を調べ、何百万年も何十億年も前に宇宙で何が起こったのか、銀河がどのように生まれ、発達したのかを知ることができます。
Dmitry Naumov：相互作用のそのような弱さは、物理学者を困惑させました-それをどのように見るか、どのように扱うか？ニュートリノを純粋に理論的に発明したドイツの物理学者、ノーベル賞受賞者のヴォルフガング・パウリは、一般に、この粒子を見ることができないと信じていました。しかし、実験者の創意工夫を過小評価しないでください！彼らはこの驚くべき粒子を捕らえ、宇宙の歴史を再構築することを学びました。さらに、ニュートリノ相互作用の弱さは非常に有用であることが判明しました！
-どうやってこの不利な点を尊厳に変えることができましたか？
ドミトリー・ナウモフ：ここでは、最初の銀河が宇宙に出現したばかりの数十億年前にさかのぼる必要があります。それから、各星はその存在のために必死に戦いました。幸運な人たちは小さな隣人をむさぼり食い、大きくなりました。これは、飽くなき星がブラックホールに変わるまで起こりました。ブラックホールはもうほとんど輝きません。しかし、すでに目に見えない状態で、それは隣人をむさぼり食い続け、その質量を数百万、さらには数十億の太陽質量にまで増やしています。さらに、穴に落ちた材料は熱くなり、非常に強く光ります。この世界の不思議は「活動銀河核」と呼ばれています。
何を強調することが重要ですか？電磁波も陽子も電子も、他のものも、初期のエネルギーと運動の方向を失うことなく、そのような地獄から抜け出すことはできません。ニュートリノのみ。これが彼らの現象です。これが、彼らの相互作用の弱さが大きな利点である理由です。最も重要なことは、ニュートリノが変わらずに地球に飛ぶということです。つまり、ニュートリノは、数十億年前に起こった宇宙の出来事とその住所に関する貴重な情報を持っています。
-南極でほぼ10年間、アメリカの望遠鏡IceCubeはニュートリノを捕らえてきました。何年にもわたって、漁獲量は、率直に言って、豊富ではなく、約100個の粒子です。それらを使用して何を再構築できますか？
ドミトリー・ナウモフ：南極点の実験はなんとか驚くべき発見をしました。科学者たちは、太陽ニュートリノのエネルギーを数億回、さらには数十億回も超える巨大なエネルギーを持つニュートリノが存在することを発見しました。これは、宇宙のどこかに、加速器を持っている私たちが地球上で完全に不可能なようなエネルギーに粒子を加速することができる自然の加速器があることを意味します。これは重要な発見ですか？
- 私はイエスと思う。
ドミトリー・ナウモフ：つまり、ニュートリノは1つでも十分であり、100は自然からの贈り物にすぎません。しかし、これらの自然な加速器はどこにありますか？どのような物理的メカニズムがそれらを支配していますか？さまざまな仮説がありますが。そして、私たちが捕らえたニュートリノが、通常の望遠鏡が見るべき方向を正確に指し示すことができることを願っています。
南極点の実験では、ニュートリノが相互作用する媒体として氷を使用します。しかし、氷は光を強く再散乱させるため、ニュートリノが生まれた場所を正確に特定することは依然として困難です。ここでバイカルニュートリノ望遠鏡が活躍します。彼は、氷の望遠鏡よりも数倍優れた住所を決定する精度を持っています。そして、ニュートリノの源を見つける希望があります！
-私たちの望遠鏡はアメリカのIceCubeの隣でどのように見えましたか？
ドミトリー・ナウモフ：それはまともなようです。私たちは2015年に望遠鏡の製作を開始し、IceCubeは2010年に作業を開始しました。したがって、私たちはまだ小さいですが、かなりです。バイカルニュートリノ望遠鏡はすでに北半球で最大で、有効体積は0.35立方キロメートルです。今年はこの指標で「南部」に追いつき、体積を0.4立方キロメートルにします。将来的には、この数字は約1立方キロメートルになります。同時に、私が言ったように、バイカル望遠鏡の方向を決定する精度は何倍も優れています。
基本的なポイントを強調したいと思います。競争は常に存在しますが、これが現代の世界の仕組みです。科学者は、協力する方がはるかに効果的であることを理解しています。したがって、私たちのバイカル望遠鏡とアメリカの望遠鏡、そして地中海KM3NeTで建設中の望遠鏡は、すべて共通の原因を果たしています。私たちは単一のグローバルニュートリノネットワークに統合されています。
-アメリカの望遠鏡の価格は2億7000万ドルで、私たちの望遠鏡は数分の1です。どうして？
ドミトリー・ナウモフ：私たちはただ幸運でした。バイカルでは、年に2か月、湖の表面は1メートルの氷の層で覆われています。これにより、望遠鏡を安価かつ簡単に設置でき、壊れた部品を修理することもできます。南極点では、同僚は、検出器をそこに浸すために、直径約1メートル、深さ約3キロメートルの氷の穴を加熱する必要があります。それはとても高価です。また、開発された鉄道インフラストラクチャを備えたバイカルへの検出器の配送は、南極点への機器の配送のための特別な操作よりもはるかに簡単で安価です。
-私たちの望遠鏡の作成に参加したのは誰ですか？
ドミトリー・ナウモフ：ロシア科学アカデミーのモスクワ核研究所の科学者たちは、私たちの国と世界の先駆者でした。彼らは1980年代からこの研究ラインを作成してきました。そして今、彼らはダブナの合同原子力研究所とともに、プロジェクトの主導的役割を果たしています。さらに、イルクーツキー州立大学、ニジニーノヴゴロド州立工科大学、サンクトペテルブルク州立海洋工科大学、チェコ工科大学（プラハ、チェコ共和国）の実験応用物理学研究所、数学、物理学、およびYa.Aにちなんで名付けられた大学の情報学。Komensky（ブラチスラバ、スロバキア）、ポーランド科学アカデミーの核物理学研究所（クラクフ、ポーランド）、EvoLogics GmbH（ベルリン、ドイツ）。
望遠鏡がニュートリノを捕らえる方法
ニュートリノを捕まえるには、それが相互作用する最も透明な物質を大量に必要とします。さらに、望遠鏡はさまざまなバックグラウンドプロセスから保護する必要があります。このため、設備は750mから1.4kmの深さまで沈められます。36個の光モジュール（光電子増倍管と電子機器）のストリングが湖の底に固定されています。粒子が水柱を通過すると、ニュートリノの一部が水分子の核に「つまずき」ます。この相互作用の結果として、新しい粒子が生まれ、青みがかったチェレンコフ放射で輝きます。それは望遠鏡の光学モジュールによって登録されます。現在、ニュートリノの探索に関与する施設の有効水量は0.35立方メートルでしたが、将来的には1立方メートルに増加する予定です。光モジュールの総数は2300個を超えます。
科学の世界では、ニュートリノをめぐって深刻な情熱が高まっています。事実、物理学者は10年以上もの間、最も基本的な物理現象の1つでエネルギー保存の法則が満たされない理由を理解できませんでした。質問は非常に深刻だったので、1931年に有名なデンマークの物理学者ニールスボーアはエネルギーの非保存の革新的なアイデアを思いつきました。しかし、別の説明がありました。「失われた」エネルギーは、未知の知覚できない粒子によって運び去られます。その存在の仮説は、1930年にドイツの理論家ヴォルフガングパウリによって提唱されました。しかし、それは何とも相互作用しないので、決して発見されることはありません。これについて、科学者は彼の友人とシャンパンの箱に賭けました。そして1956年6月15日、彼はアメリカの物理学者ReinesとCowenから、新しい粒子であるニュートリノを発見したという電報を受け取りました。
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