Мюоны как ключ к тайнам Вселенной: успехи физиков из МИФИ в изучении космических лучей
Егор Задеба (на фото) – герой новой серии видеопроекта «МАГнит – все о науке и технологиях», который рассказывает зрителям об успехах отечественной науки. Доцент Национального исследовательского ядерного университета МИФИ Егор Задеба вместе с командой внес огромный вклад в изучение фундаментальных свойств Вселенной, исследуя потоки элементарных частиц высоких энергий из глубин космоса. Он поделился своим опытом с ведущим видеопроекта „МАГнит“ Александром Мажугой. Этот научно-популярный проект реализуется в рамках федеральной программы „Популяризация науки“ при поддержке Минобрнауки РФ.
Основным объектом изучения для Егора Задебы являются мюоны – элементарные частицы, возникающие в верхних слоях земной атмосферы при взаимодействии первичного космического излучения с атомами воздуха. Анализируя особенности потока этих частиц, ученые могут получать уникальную информацию о физических процессах, протекающих в самых отдаленных уголках нашей Вселенной.
Для регистрации мюонов в МИФИ используется экспериментальная установка «Невод» — уникальный в своем роде детектор объемом 2000 кубометров, заполненный очищенной дистиллированной водой. При прохождении мюона через этот объем воды возникает эффект черенковского свечения – видимое голубое свечение, которое фиксируется специальными светочувствительными датчиками.
Этот инновационный экспериментальный комплекс первоначально проектировался для глубоководных экспериментов, но в 80-х годах было принято решение использовать его для измерения потока нейтрино на поверхности Земли. С тех пор Невод стал ключевым инструментом для исследования не только нейтрино, но и мюонов — частиц, которые составляют космические лучи.
Современная наука стоит перед загадкой, известной как «мюонная загадка». Этот феномен заключается в том, что в атмосферных ливнях, созданных космическими лучами, обнаруживается необъяснимо большое количество мюонов. Традиционные физические модели не могут объяснить этот избыток, и именно здесь Невод приносит свой вклад в науку. Этот экспериментальный комплекс стал первым в мире, который смог выявить, что за избытком мюонов стоят супермощные космические события высоких энергий, недоступных для текущих ускорителей.
Эти исследования уже нашли практическое применение. С помощью мюонных детекторов удалось обнаружить неизвестные помещения в пирамиде Хеопса, которые не могли быть найдены другими методами. Кроме того, мюонная диагностика позволяет изучать атмосферные явления и предсказывать магнитные бури, что имеет большое значение для космической погоды и может иметь далеко идущие последствия для спутниковой связи и других технологий.
Суть работы Егора и его команды не ограничивается лишь исследованиями. Они занимаются разработкой и созданием уникального оборудования для своих экспериментов. Используя квази-сферические модули, команда смогла разработать детектор, который не только регистрирует свет со всех направлений, но и определяет, откуда пришла частица. Эта конфигурация оказалась настолько эффективной, что аналогичные системы теперь используются в других странах.
За этой работой стоит огромный инженерный труд. В одном только помещении уложено около 4 километров кабеля, и каждый элемент детектора проходит многоступенчатую проверку. Этот процесс возможен благодаря уникальному подходу к подготовке специалистов. Инженеры-физики, которые работают над проектом, обладают не только глубокими знаниями в области физики, но и уникальными инженерными навыками. Это позволяет им не просто разрабатывать теоретические модели, но и воплощать их в реальные физические установки.
Сейчас Егор Задеба руководит созданием принципиально нового крупномасштабного детектора ТРЭК – трехмерной координатной камеры, которая будет регистрировать траектории отдельных мюонов с невиданной ранее точностью. Это позволит перейти к по-настоящему микроскопическому исследованию свойств космических лучей, что станет важным шагом в изучении строения материи.
26.09.2023, 253 просмотра.