Российские ученые подвели итоги многолетнего изучения космических лучей, упавших на Землю в долине Тунка. С результатами работы и планами на будущее корреспондента «Газеты.Ru» познакомил сотрудник НИИЯФ, доктор физико-математических наук Василий Просин – один из создателей детекторов «Тунка-25», «Тунка-25М» и «Тунка-133», которые работали и работают в Тункинской долине возле Иркутска.
Регистрация космических частиц в «Тунке» основана на следующем принципе: входя в атмосферу, частица (атомное ядро, как правило), сталкиваясь, образует другие частицы, которые, сталкиваясь, образуют следующие, и так далее. Возникает так называемый широкий атмосферный ливень из частиц.
Так как частицы движутся со скоростью, превышающей скорость света в среде (но меньшей, чем скорость света в вакууме), возникает черенковское свечение, которое и регистрируют детекторы. Долина Тунка очень хороша для регистрации черенковского света. Здесь очень прозрачный воздух, зимой много ясных, безоблачных ночей, а фонового света практически нет.
Эксперимент по регистрации космических лучей начался в 1992 году, когда на льду озера Байкал установили четыре фотодетектора «Квазар». В1993 году их перенесли в долину Тунка. В 1993–1995 годах работал проект «Тунка-4», в ходе которого впервые удалось зарегистрировать черенковское излучение от приходящих в атмосферу Земли космических лучей и снять энергетический спектр излучения. С 1996 года работает проект «Тунка-25». В нем используются, соответственно, уже 25 фотодетекторов «Квазар-35» рекордного диаметра 37 сантиметров.
Как рассказал доктор Просин, за время работы проекта удалось зарегистрировать около 140 000 событий – вхождений отдельных частиц в атмосферу Земли. Работая с «Тункой», российские ученые впервые научились надежно измерять энергию каждой отдельной частицы – с погрешностью всего около 10%. Кроме того, удалось получить надежную картину спектра космических лучей в районе так называемого излома. Этот излом на уровне энергии 3•10e + 15 эрг открыли еще 40 лет назад, но природа его пока что не понятна.
Судя по всему, он показывает, что внутри галактики частицы, составляющие космические лучи (предполагается, что они образуются при взрывах сверхновых), выше этого порога энергий разгоняться не могут.
За время работы установки удалось зарегистрировать около 10 000 событий с энергиями выше 3•10e + 15 эрг, что позволило набрать хорошую статистику. Удалось хорошо изучить «железный» край спектра галактических космических лучей (лучи более низких энергий состоят из более легких частиц – протонов и ядер гелия, высоких энергий – более тяжелых ядер C, N, O и Fe).
С нынешней осени начинает работу проект «Тунка-25М». К сожалению, в Новосибирске перестали выпускать детекторы «Квазар», поэтому их заменили на новые 20-сантиметровые иностранные детекторы, совмещенные с зеркалами диаметров в 120 см. По словам ученых, новая «Тунка» окажется более чувствительна к частицам низких энергий и позволит изучить «водородный» край спектра – области, менее исследованные в эксперименте. Предполагается достичь порога чувствительности в 10e + 14 эрг. А за счет высокой чувствительности ученые ожидают достаточно быстрого набора статистики, и первые данные для обработки могут появиться уже нынешней осенью.
Параллельно ученые работают над строительством детектора «Тунка-133». Он охватит площадь в квадратный километр и составит 133 фотоумножителя. За счёт него физики смогут регистрировать частицы гораздо больших энергий – до 10e + 18 эрг. Это частицы, скорее всего, уже внегалактического происхождения, но изучены они весьма слабо, потому что пока ученым не хватает статистики: за все время наблюдений во всем мире энергий 10e + 20 эрг всего около 10, а частиц с энергией 10e + 19 эрг – порядка сотен.
На нынешний момент смонтировано около 30 детекторов нового проекта, а на полную мощность проект должен выйти в будущем году.