Уйти под землю чтобы увидеть Солнце

в 5:46, , рубрики: астрономия, астрофизика, лаборатория, Научно-популярное, нейтрино, тёмная материя, физика высоких энергий, физика частиц, физика элементарных частиц

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 1

Эти фото кажутся скринами из какой-нибудь компьютерной игры, но это реальная строительная площадка в подземелье. На глубине 1,5 км в бывшей самой глубокой золотой шахте Северной Америки Homestake расположилась научно-исследовательская астрофизическая лаборатория Sanford Underground Research Facility.

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 2

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 3

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 4

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 5

Довольно странное сочетание: подземные галереи и изучение космоса, однако уникальное расположение лаборатории позволяет проводить исследования, которые практически невозможны или сильно затруднены на поверхности.

Астрофизические исследования в шахте начались еще в 60-е годы, когда химик Рэй Дэвис начал эксперименты по поиску солнечных нейтрино. Сотни метров горной породы позволяли экранировать детекторы от потоков космических лучей, и только всепроникающие нейтрино могли туда добраться. Поиск оказался успешен, более того, позволил установить, что существующие к тому времени представления о нейтрино требуют уточнения — реально обнаруженных частиц оказалось почти в три раза меньше чем предполагали теоретические модели. Это явление стало известно в науке как проблема солнечных нейтрино. В концу ХХ века ее удалось решить, обнаружив эффект нейтринных осциляций. За свое открытие Рэй Дэвис получил в 2002 году Нобелевскую премию.

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 6

В 2001 году шахта Homestake стала нерентабельна для золотодобычи и закрылась. Через четыре года владельцы передали ее в собственность штату Южная Дакота. В 2005 году американский миллионер банкир Денни Сэнфорд выделил $70 млн на строительство лаборатории и $45 млн добавили различные научные фонды. Позже ученые США и власти Южной Дакоты выступили с предложением к государству о создании подземного исследовательского комплекса, стоимостью $1 млрд долларов. Идею чиновники не поддержали, но лаборатория стала финансироваться Министерством энергетики.

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 7

На эти средства построили полноценные научные лаборатории и даже кампус чтобы ученые и студенты могли проживать прямо под землей во время проведения экспериментов.

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 8

Сейчас на Sanford Underground Research Facility реализуются исследования по трем направлениям.

Large Underground Xenon (LUX) experiment

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 9

Поиск частиц темной материи. Темная материя определяется косвенно по массам галактик, однако напрямую неизвестно что является ее носителем. В шахте Homestake размещен бак жидкого инертного газа ксенона массой в треть тонны. Теоретически, размещенные вокруг детекторы способны определить взаимодействие гипотетических частиц темной материи ВИМПов (Weakly Interacting Massive Particle) с атомами ксенона.

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 10

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 11

Пока таких событий не зафиксировано. Сейчас эксперимент получил развитие, объединившись с британской группой Zeplin, результатом работы объединенной команды LUX-Zeplin должен стать детектор ВИМПов беспрецедентной точности.

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 12

Majorana experiment

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 13

Попытка уловить антинейтрино. Точнее этот эксперимент должен установить, что нейтрино способно быть античастицей самой себе — т.н. майорановским фермионом. Внутри блока из толстых пластин меди высокой чистоты располагаются десятки детекторов из кристаллов германия, которые теоретически способны зафиксировать событие двойного бета распада, который подтвердит майорановскую природу нейтрино и докажет факт наличия массы у него.

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 14

Как в случае с экспериментом LUX, пока подобных явлений не зафиксировано, хотя их пытаются поймать еще в нескольких лабораториях мира.

Compact Accelerator System for Performing Astrophysical Research (CASPAR)

Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 15

Небольшой ускоритель заряженных частиц, который должен смоделировать процессы в звездах, приводящие к образованию тяжелых химических элементов. Ускоритель будет создавать направленный пучок частиц низких энергий, поэтому ему важна защищенность от естественных потоков заряженных частиц. Для чистоты исследования эксперимент и спрятался под землю от космических лучей, а для защиты от радиоактивности грунта лаборатория имеет полуметровые стены, облицованные свинцовыми листами. Эксперимент пока не запущен, но разработчики уже близки к старту программы.

В настоящее время на стадии рассмотрения и согласования находится проект Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), который должен стать развитием и продолжением поиска антинейтрино путем регистрации двойного бета-распада. В этот раз планируется не ловить потоки солнечного нейтрино, а регистрировать искусственно созданный поток нейтрино от подземного источника в лаборатории Ферми за 1300 км.
Уйти под землю чтобы увидеть Солнце - 16

Масштабность проекта сравнима с Большим адронным коллайдером, в частности он включает в себя резервуар для детекторов, заполненный 50 тыс тонн жидкого аргона. Стоимость проекта оценивается в $1 млрд, и вместе с США в нем изъявила готовность участвовать Великобритания.

По материалам Space.com.

Автор: Zelenyikot

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля