Телескоп во льдах. Как на Южном полюсе рождалась новая астрономия

UNDINE, самая маленькая по масштабу из трех концепций, была призвана выявлять низкоэнергетические нейтрино в диапазоне от нескольких миллионов до примерно 100 миллионов электрон-вольт. Такие нейтрино излучаются Солнцем и ближайшей к нам сверхновой – последнее было явлением более интересным с научной точки зрения, но, конечно, более редким. Принято считать, что сверхновые зарождаются в нашей галактике, Млечном Пути, в среднем один раз в 50 лет, однако это событие часто остается не замеченным оптическими телескопами, поскольку сверхновые закрыты от последних за облаками межзвездной пыли. Разумеется, это не представляет проблемы для детектора нейтрино, поскольку нейтрино проходят сквозь пыль, как будто ее там нет, однако 50 лет – это слишком большой срок для большинства научных проектов (не говоря уже о личной карьере большинства ученых), так что концепция UNDINE никого особенно не привлекла. По оценкам ученых, они могли бы теоретически обнаруживать примерно по одной сверхновой в неделю, то есть «дотянуться» до ближайшего кластера в скоплении Девы, однако для этого потребуется детектор весом в 100 миллионов тонн, а об этом не могло быть и речи.

ATHENE и UNICORN были призваны изучать высокоэнергетические нейтрино, обладающие энергией выше миллиарда или триллиона электрон-вольт. ATHENE концентрировалась на атмосферных нейтрино, а UNI–CORN – на самом интересном рубеже науки: на ускорителях космических частиц в глубоком космосе. Иными словами, это фактически был телескоп. Единственное серьезное различие между этими двумя концепциями было связано с размером. UNICORN был больше и, таким образом, более чувствительным, и именно его концепция могла со временем развиться в инструменты типа DUMAND, AMANDA и IceCube.

Первопроходцы DUMAND тут же осознали масштаб возможной проблемы: согласно их расчетам, чтобы увидеть объекты за пределами нашей галактики, UNICORN должен был включать как минимум кубический километр воды. Однако идея тем не менее была крайне интересной. «Посвященные начали сходиться теснее»²³⁰.

* * *

Событие, которое теперь принято считать основополагающей встречей в области нейтринной астрономии, произошло в Гонолулу в сентябре 1976 года, когда ученые из США, Японии, Швейцарии, Германии и СССР собрались на летний семинар, организованный Гавайским университетом.

Все три «мифологические» концепции были к тому времени пересмотрены и уточнены. UNDINE, концепция для изучения низких энергий, была реализована в виде конструкции в духе Грейзена: оболочка из тесно прижатых друг к другу оптических детекторов, внутри которых помещается емкость с водой. В качестве стандартного прибора для ультрачувствительного детектирования света использовался фотоумножитель, или «фотоэлемент», способный при правильных условиях выявить даже одиночный фотон. Однако подобные устройства довольно дороги – каждое из них в комплекте с необходимой электроникой стоит до 3000 долларов; соответственно, на создание большого инструмента оболочкового типа потребовалось бы очень много денег. К примеру, одна из нынешних реинкарнаций UNDINE – это Super-K, детектор Супер-Камиоканде, расположенный глубоко в цинковой шахте в Японских Альпах. Super-K содержит «всего» 50 000 тонн очищенной воды, то есть его мощность в 20 тысяч раз меньше той, которая необходима для обнаружения сверхновой в скоплении Девы. Тем не менее, чтобы покрыть стенки даже такой емкости, потребовалось 13 000 фотоэлементов, иными словами, на одни лишь фотоэлементы ушло 40 миллионов долларов. Простой расчет показывает, что если бы вы захотели создать инструмент оболочкового типа, способный разглядеть что-то в кластере в скоплении Девы – иными словами, весящий 100 миллионов тонн, – то вам потребовалось бы около 2 миллионов фотоэлементов общей стоимостью около 6 миллиардов долларов.

ATHENE и UNICORN воплотились в пудинговых конструкциях наподобие марковского инструмента, в котором зона обнаружения заполнена сеткой из фотоэлементов. Поскольку такая конструкция требует меньше детекторов на единицу объема, она стоит меньше, чем вариант Грейзена. Кроме того, ее показатели разрешения выше, поэтому она лучше подходит для телескопа.

Конструкция UNDINE была слишком большой и практически не давала шансов найти сверхновую звезду в течение срока жизни хоть кого-то из участников гавайского семинара, поэтому эту идею отвергли. По словам Артура Робертса, «UNDINE вернулась в свою темную и уединенную обитель, а другие участники обрели любовь и приязнь со стороны ученых»²³¹. Поиск победителя был недолгим, а дальнейшая работа с ним оказалась необычайно плодотворной.

Научное наследие гавайского семинара проявляется в наши дни в многочисленных экспериментах по всему миру, которые уже привели к вручению двух Нобелевских премий. Однако, пожалуй, наиболее значительное наследие – это огромная сеть связей между людьми и странами. Присутствие на семинаре советских ученых имело особое значение. В заключительной резолюции участники семинара заявили о своем коллективном видении DUMAND как средства,