продолжение, опять же из фб.
Если гигантский нейтринный телескоп, использующий прозрачную природную среду и регистрирующий черенковское свечение, существовал на Байкале задолго до IceCube, то что именно изобрели американцы и за что в итоге дали Нобеля?
Официальная формулировка Шведской королевской академии наук даёт ключ: Халзен получил премию “за решающий вклад в нейтринную обсерваторию IceCube и открытие высокоэнергетических нейтрино астрофизического происхождения”
То есть Нобель дан не за изобретение самого принципа нейтринного телескопа и даже не за первое обнаружение нейтрино с его помощью. Здесь приоритет действительно принадлежит совсем другой научной школе, чьи корни в СССР
Идея Маркова
Проблема нейтрино одновременно делает эту частицу бесценной для астрономии и почти невозможной для наблюдения. Не имеющее электрического заряда нейтрино чрезвычайно слабо взаимодействует с веществом. Оно может незаметно пролететь сквозь звезду, планету и человеческое тело, но именно поэтому эта частица способна донести до Земли информацию непосредственно из самых плотных и бурных областей Вселенной
Чтобы поймать хотя бы ничтожную часть таких частиц, нужна чудовищно большая мишень
Первым решение в 1960 году предложил советский физик Моисей Марков. Вместо того чтобы строить гигантский резервуар, он предложил использовать уже существующий - море или глубокое озеро, разместив в прозрачной воде систему чувствительных детекторов
Собственная историческая страница IceCube прямо начинает родословную подобных установок с идеи Маркова - установить детекторы глубоко в озере или море и определять направление вторичных заряженных частиц по черенковскому излучению
Принцип здесь тот же, что используется сегодня. Само нейтрино увидеть нельзя, но иногда оно сталкивается с ядром атома и рождает заряженную частицу. Та движется в воде или льду быстрее скорости распространения света именно в этой среде и оставляет характерную голубоватую вспышку - черенковское излучение. Сотни или тысячи фотоумножителей отмечают, в какой момент свет пришёл к каждому из них, после чего компьютер восстанавливает направление и приблизительную энергию прилетевшего нейтрино
Иными словами, основная физическая идея IceCube была сформулирована почти за полвека до его строительства
Почему именно Байкал
В 1970-е годы возник международный проект DUMAND - огромный детектор собирались опустить в Тихий океан возле Гавайев. В нём предполагалось и советское участие. Однако проект оказался технически чрезвычайно сложным и в конце концов был закрыт
На советско-американском совещании на Байкале в 1979 году академик Александр Чудаков предложил значительно более практичный вариант - Байкал. Как вспоминал профессор Иркутского государственного университета Николай Буднев, логика Чудакова была простой: зимой на Байкале есть лёд, поэтому аппаратуру можно устанавливать “со льда - это проще и дешевле, чем в океане с корабля”
У Байкала обнаружилось сразу несколько преимуществ. Вода на большой глубине очень прозрачна, глубина превышает километр, температура практически постоянна, а зимой поверхность превращается в естественную монтажную площадку, способную выдерживать оборудование, лебёдки, машины и вагончики экспедиции. Не требовался дорогостоящий океанский флот - прорубь делали непосредственно над будущей установкой и через неё опускали километровые кабели и детекторы
В 1980 году в Институте ядерных исследований Академии наук СССР создали Лабораторию нейтринной астрофизики высоких энергий. Возглавил её 39-летний тогда физик Григорий Домогацкий, которому предстояло руководить байкальским проектом более сорока лет
В 1981 году начались реальные подводные эксперименты. В 1984-м появилась Гирлянда-84 - первая стационарная линия из 12 фотодетекторов. Через два года её сменила Гирлянда-86. Уже эти установки показали, что техника вообще способна годами работать на километровой глубине, передавать сигналы на берег и отличать реальные события от огромного фонового потока атмосферных мюонов
Причём всё это делалось ещё в СССР
К концу 1980-х был готов проект полноценного НТ-200. Его строительство началось в 1990 году. В 1993-м под Байкалом уже работал НТ-36 - три гирлянды и 36 оптических модулей, позволившие впервые выполнить трёхмерную реконструкцию черенковских вспышек глубоко под водой
В данных НТ-36 за 1994 год были выделены два очень убедительных кандидата в восходящие мюоны от атмосферных нейтрино. История байкальского проекта поэтому датирует первое зарегистрированное подводное нейтрино 1994 годом. Историческая же страница самого IceCube называет 1996 год, когда уже четырёхструнная конфигурация НТ-96 зарегистрировала два восходящих нейтринных события
Спор здесь скорее о том, какую конкретно конфигурацию и степень статистической уверенности считать первым полноценным результатом. Сам факт не вызывает сомнений - Байкал первым доказал, что постоянно работающий глубоководный черенковский нейтринный телескоп возможен
CERN впоследствии называл ранний байкальский детектор первым стационарным подводным черенковским телескопом высокоэнергетических нейтрино в естественной среде
В 1998 году был закончен НТ-200 - восемь вертикальных гирлянд, 192 оптических модуля, конструкция высотой 72 метра и диаметром около 42 метров на глубине примерно 1,1 километра. Его геометрически охваченный объём составлял порядка 100 тысяч кубометров воды
Это был уже настоящий нейтринный телескоп, но и Антарктида тоже начиналась раньше
Было бы неверно представлять историю так, будто американцы увидели работающий Байкал и только после этого решили сделать собственную установку
Параллельно развивалась антарктическая AMANDA - непосредственный предшественник IceCube. Первые опыты со льдом проводились ещё в Гренландии, а строительство AMANDA на Южном полюсе началось в сезон 1993-1994 годов, то есть фактически одновременно с появлением НТ-36 на Байкале. Первые модули разместили на глубине 800-1000 метров, но оказалось, что лёд там содержит слишком много пузырьков воздуха. Пришлось уйти глубже - ниже 1,5 километра
К 2000 году AMANDA насчитывала 677 оптических модулей на 19 гирляндах, а в 2001 году по данным 263 нейтринных событий была опубликована первая карта высокоэнергетического нейтринного неба. Сам Халзен тогда назвал результат “доказательством принципа, что мы можем построить нейтринный телескоп во льду”
Это были в основном атмосферные нейтрино
Вот здесь и находится настоящий нобелевский рубеж: Байкал показал, что метод работает в воде, AMANDA показала, что он работает во льду
Только главная мечта была не в том, чтобы ещё раз зарегистрировать нейтрино, возникающие при попадании космических лучей в атмосферу Земли
Физики хотели увидеть нейтрино, прилетевшие непосредственно из далёкого космоса - от чудовищных ускорителей частиц возле чёрных дыр, активных ядер галактик, взрывающихся звёзд и других экстремальных объектов
Такие события исключительно редкие. И вот тут главным оружием IceCube стал его масштаб
Строительство IceCube началось на Южном полюсе в 2004 году и завершилось в декабре 2010-го. Полностью установка заработала в 2011 году. В лёд на глубину от 1450 до 2450 метров погрузили 5160 оптических модулей на 86 гирляндах, превратив примерно один кубический километр антарктического льда в детектор
Для сравнения, НТ-200 имел 192 оптических модуля и геометрический объём около 100 тысяч кубометров. Один кубический километр - миллиард кубометров
По геометрическому масштабу разница составляла примерно десять тысяч раз. Пишут, что эффективный объём нейтринного телескопа не равен просто объёму пространства между его датчиками. Я не разбираюсь настолько, просто верю
Дело в том, что при больших энергиях детектор способен регистрировать частицы, родившиеся далеко за пределами самой конструкции. Поэтому сравнение “10 тысяч раз” характеризует геометрию установок, а не буквально их чувствительность
Именно переход к кубическому километру изменил статистику настолько, что произошло то, чего Байкал и AMANDA только пытались добиться
В 2012 году IceCube обнаружил два события с энергиями около петаэлектронвольта. Они получили неофициальные имена Берт и Эрни. В 2013 году анализ принёс ещё 26 высокоэнергетических событий. Их количество и энергетическое распределение уже нельзя было удовлетворительно объяснить атмосферным фоном - появился статистически убедительный поток нейтрино астрофизического происхождения
Именно здесь нейтринный детектор окончательно превратился в астрономический телескоп
“Это новый способ смотреть на Вселенную”, - сказал Халзен третьего дня, то есть буквально сразу после объявления Нобелевской премии
По его словам, настоящая нейтринная астрономия ещё потребует “более крупных телескопов и гораздо большего числа телескопов”
Поэтому короткий ответ на вопрос, чем IceCube принципиально отличается от советского Байкала, звучит так: не принципом действия, а масштабом и полученным благодаря этому научным результатом
IceCube не изобрёл саму идею. Он довёл её до размера, при котором удалось открыть новый поток космического излучения
Лёд против воды
Есть ещё одно интересное обстоятельство - антарктический лёд вовсе не считается однозначно лучшей средой, чем байкальская вода
У глубокого антарктического льда очень большая длина поглощения света. Фотоны могут пройти значительное расстояние, поэтому датчики можно расставлять сравнительно далеко друг от друга и сравнительно дёшево инструментировать огромный объём
Лёд сильнее рассеивает свет. Фотоны многократно меняют направление, их время прихода “размазывается”, что ухудшает восстановление траектории частицы
В байкальской воде обратная ситуация. Свет поглощается быстрее - характерная длина поглощения около 20-25 метров, поэтому модули приходится ставить плотнее. Зато рассеяние значительно слабее, фотоны идут гораздо прямее и информацию о направлении исходной частицы можно восстановить точнее
То есть вода лучше сохраняет геометрию события, лёд позволяет дешевле охватить фантастический объём
Именно поэтому нынешние крупнейшие проекты не заменяют друг друга, а дополняют
А Южный полюс
Расположение IceCube в Южном полушарии тоже имеет значение, но это не главная причина его научного превосходства над старым Байкалом
Для нейтринного телескопа сама Земля служит великолепным фильтром. Обычные атмосферные частицы через неё не проходят, а нейтрино проходят. Поэтому особенно чистыми становятся события, когда частица приходит к телескопу снизу, предварительно пролетев через всю планету
IceCube на Южном полюсе таким способом особенно хорошо наблюдает северную часть неба. Байкал, находящийся примерно на 52-й параллели северной широты, имеет очень выгодный обзор значительной части южного неба, включая район центра нашей Галактики
Это одна из причин, почему современная нейтринная астрономия заинтересована одновременно в антарктическом IceCube, средиземноморском KM3NeT и Байкале
История на этом не закончилась
Противопоставление “маленький Байкал - огромный IceCube” сегодня уже устарело
Современный Baikal-GVD вырос из того самого советского проекта. После зимней экспедиции 2026 года его эффективный объём достиг примерно 0,8 кубического километра. Под водой находится уже почти 4900 оптических модулей, а в этом году были введены 15-й и 16-й кластеры. Проектный рубеж около одного кубического километра рассчитывают достигнуть к 2028 году
То есть спустя несколько десятилетий Байкал сам пришёл примерно к тому кубокилометровому масштабу, который когда-то позволил IceCube совершить нобелевское открытие
Есть в этой истории и человеческая деталь. Моисей Марков, впервые сформулировавший сам принцип, умер в 1994 году. Александр Чудаков, предложивший превратить Байкал в нейтринную обсерваторию, - в 2001-м. Григорий Домогацкий, которого коллеги называли бессменным лидером и идейным вдохновителем байкальского проекта, умер 17 декабря 2024 года в возрасте 83 лет - менее чем за два года до нынешнего Нобеля
Именно Домогацкий сумел провести проект через, пожалуй, самый опасный момент его истории - распад СССР и практически исчезнувшее финансирование российской науки
“В экспедицию они привозили сотни килограммов еды. Они платили нашим сотрудникам дойчмарки, чтобы те могли хоть как-то выживать”, - вспоминал добрым словом профессор Николай Буднев немецких коллег. Значительную часть оборудования тогда также финансировала Германия
CERN в некрологе Домогацкому писал, что экономический кризис после распада Советского Союза погубил бы проект, если бы не его “непоколебимая воля и сильное лидерство”
Получить нынешнюю премию ни Марков, ни Чудаков, ни Домогацкий уже не могли. Устав Нобелевского фонда с 1974 года не позволяет присуждать премию умершему человеку, если смерть произошла до принятия решения о награждении
Можно ли утверждать, что кого-то из них в своё время вообще рассматривал Нобелевский комитет, тоже нельзя. Информация о кандидатах, номинациях и обсуждениях закрыта на 50 лет
Поэтому история нынешнего Нобеля несколько сложнее привычной картинки, в которой один физик придумал поставить датчики в антарктический лёд и тем самым создал новый способ наблюдения Вселенной, получив единолично первую в XXI веке премию
Идею гигантского природного нейтринного детектора предложил Марков. Байкал для неё выбрал Чудаков. Домогацкий и его команда превратили эту идею в первый работающий глубоководный телескоп и доказали, что нейтрино действительно можно ловить таким способом
Параллельно AMANDA доказала работоспособность льда. А Халзен и IceCube сделали следующий решающий шаг - увеличили установку до кубического километра и впервые увидели достаточно высокоэнергетических нейтрино из далёкого космоса, чтобы возникла новая наблюдательная астрономия
Поэтому Нобель IceCube вполне объясним, но рассказывать эту историю, начиная с Антарктиды, - значит просто вырезать из неё первые несколько десятилетий
Халзен видел дальше других потому, что стоял на плечах гигантов
«Юра, прости»
: The Ringwatchers
