В России будут ловить темную материю

05.11.2018
В России будут ловить темную материю
Солнечный телескоп TASTE будет построен на базе Института ядерных исследований (ИЯИ) РАН
hea.iki.rssi.ru

В Троицке построят самый точный солнечный телескоп TASTE (Troitsk Axion Solar Telescope), который по чувствительности будет в три раза превосходить аналогичную установку CAST, работающую в ЦЕРНе. Основной целью наблюдений станет поиск аксионов — элементарных частиц, которые, согласно предположениям физиков, являются частью загадочной темной материи. Ввести Троицкий телескоп в эксплуатацию планируется в 2023 году, сообщают «Известия».

Аксионы — это одни из основных кандидатов, подходящих на роль темной материи, открытие которой входит в круг наиболее значимых задач современной физики. При этом их поиск сложен с технической точки зрения, поскольку основным свойством частиц должно быть крайне слабое взаимодействие с обычной материей, из которой состоят существующие экспериментальные установки. Проще говоря, в ходе исследований аксионы просто пролетают научные приборы насквозь, и поэтому их до сих пор никому не удалось зафиксировать.

Ситуацию должен изменить солнечный телескоп TASTE, который будет построен на базе Института ядерных исследований (ИЯИ) РАН. По своей чувствительности российская установка втрое превзойдет аналогичный телескоп CAST, работающий в ЦЕРНе, что дает надежду на открытие неуловимых частиц, претендующее на статус события нобелевского масштаба для современной физики.

Главным элементом нового телескопа будет сверхмощный магнит, способный сгенерировать магнитное поле в 3,5 тесла, рассказал главный научный сотрудник ИЯИ РАН, член-корреспондент РАН Сергей Троицкий. Именно с его помощью планируется воздействовать на аксионы, родившиеся вследствие термоядерных реакций в солнечном ядре и долетевшие до прибора через космическое пространство и земную атмосферу. Предполагается, что в магнитном поле искомые частицы будут преобразовываться в фотоны, которые можно зарегистрировать современной техникой. Они станут составляющими обычного рентгеновского излучения.

Однако на этом этапе ученые столкнулись с вопросом, как отделить результаты превращения аксионов от фонового излучения, получаемого из других источников. Для решения этой проблемы будет использован второй элемент установки, а именно рентгеновский телескоп, который сфокусирует поток искомых фотонов на детектор малых размеров (площадь воздействия будет снижена в 600 раз — с 60 кв. см до 1 кв. мм), что должно минимизировать воздействие случайных частиц.

«При этом следует подчеркнуть, что те фотоны, которые мы получим, скорее всего, будут единичными, — отмечает Сергей Троицкий. — Возможно, их будет прилетать всего по несколько штук в год. Для того чтобы не упустить эти частицы и оградить эксперимент от фонового излучения, специалистам предстоит разработать уникальный рентгеновский детектор, который станет самым низкофоновым в мире».

В настоящее время созданием этого прибора уже занимаются специалисты Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе и Петербургского института ядерной физики им. Б. П. Константинова.

В качестве вспомогательной системы в состав телескопа также будет включена мощная криогенная установка, которая будет вырабатывать жидкий гелий для охлаждения сверхпроводникового элемента магнита. Кроме того, телескопу понадобится и массивная механическая система для его наведения на Солнце. При этом интересной особенностью эксперимента станет то, что в его рамках можно будет следить за солнцем круглосуточно, поскольку аксионы могут долетать до прибора даже через Землю — когда светило находится ниже горизонта.

Из-за высокой стоимости телескопа его создатели планируют использовать ряд элементов, которые уже сейчас имеются в распоряжении научных институтов. К таким составляющим относится, например, основная часть супермагнита — сверхпроводящая ниобий-титановая проволока (она была приобретена ранее для одного из экспериментов, который не получилось осуществить в 1990-е годы).

«Этот проводник длиной 32 километра находится в Троицке и охраняется настолько серьезно, что даже я никогда его не видел. Правда, одному из наших ученых все же удалось получить пропуск, и он удостоверился в возможности ее использования — это позволит сэкономить около миллиона долларов бюджетных средств (такова рыночная стоимость новой проволоки с аналогичными свойствами)», — рассказал Сергей Троицкий.

Кроме того, в распоряжении ученых уже находится гелиевая система охлаждения LINDE TCF-50 производительностью 60 л/ч — сейчас она используется на проекте «Троицк-ню-масс» в ИЯИ РАН, цель которого —изучение нейтрино (предполагается, что ко времени окончания строительства телескопа он уже будет завершен). Рыночная стоимость этой установки также составляет около миллиона долларов.

Сейчас команда разработчиков (точнее, та ее часть, которая работает в Институте космических исследований РАН) находится в поисках рентгеновского телескопа, подходящего для TASTE, — в качестве кандидатов на эту роль в первую очередь рассматриваются аппараты, которые дублируют свои аналоги, запущенные в космос для орбитальных исследований. Если подобный телескоп будет найден, это позволит сэкономить еще один (уже третий) миллион долларов.

«Как правило, такая техника является резервной и простаивает без дела. Мы же можем дать ей вторую жизнь, использовав для поиска частиц темной материи», — пояснил Сергей Троицкий.

Конечная стоимость создания телескопа TASTE с учетом максимального использования уже имеющейся техники и материалов составит около 400 млн рублей.

Между тем сотрудники Специальной астрофизической обсерватории (САО) РАН в Карачаево-Черкесии начали последний этап модернизации БТА — крупнейшего в России телескопа.

Специалисты приступили к алюминированию зеркала. На данном этапе на оптическое стекло будет нанесен тонкий отражающий слой, сообщил ТАСС заместитель директора обсерватории по научной работе Дмитрий Кудрявцев.

Первого мая 2018 года началась установка и тестирование обновленного зеркала телескопа, реставрация которого проводилась на Лыткаринском заводе оптического стекла. Ученые планируют возобновить регулярные наблюдения на телескопе после их завершения.

«Мы планируем завершить работу в течение двух недель. Это последний этап мероприятий, запланированных на этот год в рамках работ по замене зеркала БТА, которые проводятся с мая. После нанесения отражающего слоя начнутся исследования на телескопе», — сказал Дмитрий Кудрявцев.

Алюминирование зеркала проводится с помощью специальной вакуумной установки. «Сейчас проводим подготовку, для нанесения отражающего слоя из Москвы доставлен алюминий высокого качества», — добавил г-н Кудрявцев.

Ранее сообщалось, что на первом этапе тестирования поверхности зеркала были выявлены отклонения от идеальной параболической формы. Они оказались существенно больше ожидаемых, а регулировка разгрузочных механизмов зеркала исправила ситуацию лишь частично. «После алюминирования зеркала проведем серию тестовых наблюдений с использованием научных приборов, по итогам которых будет проведена окончательная аттестация», — отметил Дмитрий Кудрявцев.

Зеркало было изготовлено в 1974 году по заказу АН СССР, и до 1979 года наблюдения в обсерватории велись именно с его помощью, однако потом его заменили, так как поверхность обладала рядом неустранимых дефектов. В 2007 году зеркало направили на реставрацию на Лыткаринский завод оптического стекла в Подмосковье. В результате переполировки с него был снят тонкий слой — восемь миллиметров стекла.

Эксперты рассчитывают, что после проведенных работ отражающая способность резервного зеркала должна была возрасти примерно на 30% по сравнению с зеркалом, на котором исследования проводились последние 39 лет, что позволило бы увеличить дальность наблюдений в полтора раза и значительно расширить горизонт исследований.

Между тем в октябре стало известно, что сотрудники Института прикладной астрономии РАН разрабатывают концепцию лунного радиотелескопа. В России также может появиться новый четырехметровый телескоп. Ученые надеются, что идея войдет в национальный проект «Наука».

В сентябре в радиоастрономической обсерватории «Светлое», расположенной в Приозерском районе Ленинградской области, состоялась церемония первого тестирования радиотелескопа нового поколения РТ-13. Строительство радиотелескопа было начато в апреле 2017 года.

Еще один уникальный телескоп, который предназначен для приема сигналов из космоса в миллиметровом диапазоне длин волн, решили достроить Россия и Узбекистан. Речь идет о 70-метровом радиотелескопе «Суффа», строительство которого на плато Суффа на юге Узбекистана началось в 1985 году, но в 1991-м было законсервировано. О возможностях этого телескопа и о других достижениях советской и российской астрономии «Стимулу» рассказал Рустам Дагкесаманский, директор Пущинской радиоастрономической обсерватории.

И недавно стало известно, что Россия восстановила советскую систему контроля космического пространства. Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН создал распределенную по земному шару сеть телескопов для наблюдения за околоземной орбитой. Специалистам удалось возобновить работу обсерваторий взамен тех, что были разрушены с распадом СССР.