АНТАРЕС (телескоп)
42 ° 48' с.ш. 6 ° 10' в.д. / 42,800 ° с.ш. 6,167 ° в.д.
АНТАРЕС ( Астрономический с нейтринным телескоп телескопом и ) окружающей среды в Бездне проект исследований — детектор нейтрино, расположенный на глубине 2,5 км под Средиземным морем у побережья Тулона , Франция . Он предназначен для использования в качестве направленного нейтринного телескопа для обнаружения и наблюдения нейтрино потока космического происхождения в направлении южного полушария Земли , , в дополнение к детектору нейтрино Южного полюса IceCube который обнаруживает нейтрино из обоих полушарий. Этот эксперимент признан экспериментом CERN (RE6). [1] [2] Другие нейтринные телескопы, предназначенные для использования в близлежащем районе, включают греческий телескоп NESTOR и итальянский телескоп NEMO , оба находятся на ранних стадиях проектирования. Сбор данных ANTARES завершился в феврале 2022 года, после 16 лет непрерывной работы. [3]
Дизайн
[ редактировать ]Массив содержит набор из двенадцати отдельных вертикальных цепочек фотоумножителей . Каждый из них имеет 75 оптических модулей и имеет длину около 350 метров. Они стоят на якоре на дне моря на глубине около 2,5 км, примерно в 70 метрах друг от друга. Когда нейтрино попадают в южное полушарие Земли, они обычно продолжают двигаться прямо через него. В редких случаях несколько мюонных нейтрино взаимодействуют с водой в Средиземном море. Когда это происходит, они производят мюон высокой энергии . АНТАРЕС работает с помощью своих фотоумножителей, обнаруживающих черенковское излучение , испускаемое при прохождении мюона через воду. Используемые методы обнаружения различают сигнатуру «идущих вверх мюонов», мюонного нейтрино, которое взаимодействовало с веществом ниже детектора (Земля ) , и гораздо более высокий поток «нисходящих атмосферных мюонов».
В отличие от Южного полюса нейтринных телескопов AMANDA и IceCube , ANTARES использует воду вместо льда в качестве черенковской среды. Поскольку свет в воде рассеивается меньше, чем во льду, это приводит к лучшей разрешающей способности . С другой стороны, вода содержит больше источников фонового света, чем лед ( радиоактивные изотопы калия -40 в морской соли и биолюминесцентные организмы ), что приводит к более высоким энергетическим порогам для ANTARES по сравнению с IceCube и делает необходимыми более сложные методы подавления фона. .
История строительства
[ редактировать ]Строительство «АНТАРЕС» было завершено 30 мая 2008 года, через два года после запуска первой нитки.Первоначальные испытания начались в 2000 году. Оборудование, косвенно связанное с детектором, такое как сейсмометр, было развернуто в 2005 году. Первая цепочка фотоумножителей была установлена на место в феврале 2006 года. В сентябре 2006 года была успешно подключена вторая линия. Линии 3, 4 и 5 были развернуты в конце 2006 года и подключены в январе 2007 года. Это был важный шаг, который сделал Антарес самым большим нейтринным телескопом в Северном полушарии (превзойдя Байкальский нейтринный телескоп ). Линии 6, 7, 8, 9 и 10 были развернуты в период с марта по начало ноября 2007 г. и подключены в декабре 2007 г. и январе 2008 г. С мая 2008 г. детектор работает в полной 12-линейной конфигурации.
Развертывание и подключение детектора выполняются в сотрудничестве с французским океанографическим институтом IFREMER , в настоящее время использующим ROV Victor, а для некоторых прошлых операций — подводную лодку Nautile .
Экспериментальные цели
[ редактировать ]Проект ANTARES дополняет нейтринную обсерваторию IceCube в Антарктиде . Принципы обнаружения двух проектов очень похожи, хотя ANTARES указывает только на южное полушарие. Благодаря своему расположению в Средиземном море, АНТАРЕС более чувствителен к нейтрино с энергией ниже 100 ТэВ в южном небе, регионе, который включает в себя множество галактических источников. АНТАРЕС будет обнаруживать нейтрино высоких энергий, особенно в диапазоне от 10 10 до 10 14 электронвольты (10 ГэВ — 100 ТэВ ). За многие годы работы он, возможно, сможет составить карту потока нейтрино космического происхождения в Южном полушарии. Особый интерес представляло бы обнаружение астрофизических точечных источников нейтрино, возможно, в корреляции с наблюдениями в других диапазонах (таких как источники гамма-излучения, наблюдаемые телескопом HESS в Намибии , имеющим общее поле зрения с ANTARES).
Помимо этого аспекта физики астрочастиц, телескоп АНТАРЕС может также решать некоторые фундаментальные проблемы физики элементарных частиц, такие как поиск темной материи в форме нейтралино аннигиляции на Солнце (обычные солнечные нейтрино находятся за пределами энергетического диапазона АНТАРЕС). или Галактический Центр . Из-за очень разных используемых методов его ожидаемая чувствительность дополняет прямые поиски темной материи, выполняемые различными экспериментами, такими как DAMA , CDMS и на LHC . Обнаружение сигналов нейтралино также могло бы подтвердить суперсимметрию , но обычно это не считается очень вероятным на уровне чувствительности ANTARES. Другие возможные «экзотические» явления, которые предположительно можно было бы измерить с помощью АНТАРЕС, включают нуклеариты или магнитные монополи .
Результаты
[ редактировать ]Первые обнаружения нейтрино были зарегистрированы в феврале 2007 года.
Используя данные за 6 лет, поиск в центре галактики точечных источников нейтрино не обнаружил ни одного. [4] Были также измерены осцилляции атмосферных нейтрино. [5]
Дополнительные приборы
[ редактировать ]Помимо основного оптического детектора космических нейтрино, в эксперименте ANTARES также находится ряд инструментов для изучения глубоководной среды , таких как зонды солености и кислорода , профилометры морских течений и приборы для измерения пропускания света и скорости звука. . Также установлена система камер для автоматического слежения за биолюминесцентными организмами. Результаты этих инструментов, которые также важны для калибровки детектора, будут переданы институтам океанологии, участвующим в сотрудничестве ANTARES. В то время как детектор ANTARES содержит систему акустического позиционирования для выравнивания свободно плавающих детекторных линий, он также содержит отдельную специализированную систему акустического обнаружения AMADEUS , которая будет состоять из 6 переоборудованных этажей ANTARES с гидрофонами для оценки возможности акустического обнаружения нейтрино в глубокое море. Первые 3 из этих акустических этажей включены в приборную линию , остальные 3 — в 12-ю линию.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Признанные эксперименты в ЦЕРН» . Научные комитеты ЦЕРН . ЦЕРН. Архивировано из оригинала 13 июня 2019 года . Проверено 21 января 2020 г.
- ^ «RE6 / ANTARES: Астрономия с помощью нейтринного телескопа и исследования окружающей среды Бездны» . Экспериментальная программа ЦЕРН . ЦЕРН . Проверено 21 января 2020 г.
- ^ Приключение АНТАРЕС . — Официальный сайт Коллаборации АНТАРЕС.
- ^ Адриан-Мартинес, С.; и др. (2014). «Поиски точечных и протяженных источников нейтрино вблизи центра галактики с помощью нейтринного телескопа АНТАРЕС». Письма астрофизического журнала . 786 (1): Л5. arXiv : 1402.6182 . Бибкод : 2014ApJ...786L...5A . дои : 10.1088/2041-8205/786/1/l5 . S2CID 31685649 .
- ^ Адриан-Мартинес, С.; и др. (2012). «Измерение атмосферных нейтринных колебаний нейтринным телескопом АНТАРЕС». Буквы по физике Б. 714 (2–5): 224–230. arXiv : 1206.0645 . Бибкод : 2012PhLB..714..224A . дои : 10.1016/j.physletb.2012.07.002 . S2CID 26970978 .