КМ3НеТ

, Нейтринный телескоп кубического километра или KM3NeT , представляет собой европейскую исследовательскую инфраструктуру, расположенную на дне Средиземного моря . нового поколения Здесь установлен нейтринный телескоп с водными черенковскими детекторами.

После завершения KM3NeT будет иметь общий инструментальный объем в несколько кубических километров, распределенный по трем точкам в Средиземном море: KM3NeT-Fr (шельф Тулона , Франция), KM3NeT-It (шельф Портопало-ди-Капо-Пассеро , Сицилия, Италия) и KM3NeT-Gr. (шельф Пилоса , Пелопоннес, Греция). Проект KM3NeT продолжает работу, проделанную для нейтринного телескопа ANTARES, работавшего у побережья Франции в период с 2008 по 2022 год.

Используя KM3NeT, ученые ищут нейтрино из далеких астрофизических источников, таких как остатки сверхновых , гамма-всплески , сверхновые или сталкивающиеся звезды. Телескоп — мощный инструмент в поисках темной материи во Вселенной. Массивы из тысяч оптических сенсорных модулей обнаруживают слабый черенковский свет в глубоком море от заряженных частиц, возникающих в результате столкновений нейтрино с водой или камнем вблизи детектора. Положение и направление оптических модулей, а также время попадания света на внутренние фотоумножители фиксируются с высокой точностью. По этим измерениям восстанавливаются траектории частиц. Исследовательская инфраструктура также включает в себя инструменты для других наук, таких как морская биология , океанография и геофизика, для долгосрочного и онлайн-мониторинга глубоководной среды и морского дна на глубинах в несколько километров.

В рамках проекта KM3NeT 2.0 реализуются два больших детектора: ARCA на KM3NeT-It и ORCA на KM3NeT-Fr. Детектор ARCA представляет собой телескоп размером в кубический километр, ищущий далекие источники нейтрино. Детектор ORCA оптимизирован для измерения свойств самого нейтрино. В этом смысле ORCA — это физический детектор нейтринных частиц. Подробности можно найти в Соглашении о намерениях. ^[1]

Надзор, управление и управление внедрением и эксплуатацией KM3Net осуществляется в рамках международного сотрудничества. Сообщество KM3Net состоит из около 250 ученых, а также инженеров и техников.

Дизайн

В будущем, в ожидании финансирования, полный нейтринный телескоп будет содержать порядка 12 000 устойчивых к давлению стеклянных сфер, прикрепленных к примерно 600 гибким вертикальным струнам – или блокам обнаружения – закрепленным на морском дне. В конце текущего этапа строительства телескоп будет состоять из 345 струн: 230 в детекторе ARCA и 115 в детекторе ORCA. Блоки детектирования поддерживают по 18 сферических сенсорных модулей каждый. Положение модулей и время прихода света на фотоумножители внутри измеряются с высокой точностью. Каждый оптический модуль имеет диаметр около 44 сантиметров (17 дюймов), содержит 31 трехдюймовую фотоумножительную трубку со вспомогательной электроникой и подключен к берегу через оптическую сеть с высокой пропускной способностью. ^[2] Вместе детекторы ARCA и ORCA содержат 6210 оптических модулей. Через оптико-электронную сеть кабелей и подводных распределительных коробок оптические модули подключаются к береговым станциям управления для подачи электроэнергии, управления детекторами и передачи данных. ^[3]

Детектор КМ3НеТ в представлении художника.

Поскольку струны с оптическими модулями движутся вместе с течениями в глубоком море, положение и ориентация оптических модулей и, следовательно, фотоумножителей внутри динамически контролируется с помощью акустической системы и системы компаса соответственно. ^[4] Наномаяки в каждом оптическом модуле используются для калибровки времени. ^[5]

На берегу каждого места установки KM3NeT ферма компьютеров выполняет первый фильтр данных в поисках сигнала космических нейтрино, прежде чем передать данные в центральный центр обработки данных KM3NeT для хранения и дальнейшего анализа учеными KM3NeT.

На площадке KM3NeT-It на глубине 3400 м расположен детектор ARCA ( Astroarticle Research with Cosmics in the Abyss ), который с более широко разнесенными оптическими модулями оптимизирован для обнаружения космических нейтрино высоких энергий в диапазоне ТэВ–ПэВ. диапазон. Его струны имеют длину около 700 м и расположены на расстоянии 90 м друг от друга.

На площадке KM3NeT-Fr на глубине 2475 м размещен детектор ORCA ( Oscillation Research with Cosmics in the Abyss ) — более компактный массив с более близко расположенными оптическими модулями, оптимизированный для обнаружения нейтрино в диапазоне ГэВ. ORCA будет состоять из 115 цепочек в треугольной сетке шириной 20 м с расстоянием между оптическими модулями в цепочке 9 м. Общий диаметр антенны составляет около 210 метров, а длина струн — 200 метров.

Строительство

Конструкция нейтринного телескопа КМ3НеТ очень модульная, и строительство может быть поэтапным во времени. В 2012 году первый этап реализации исследовательского комплекса KM3Net начался со строительства донной инфраструктуры на площадках KM3NeT-Fr и KM3NeT-It. Прототип оптического модуля КМ3НеТ в течение примерно года в 2013-2014 годах успешно принимал данные в составе телескопа АНТАРЕС . ^[6] На площадке KM3NeT-It прототипная строка снимала данные в 2014-2015 годах, также около года. ^[7]

Первая очередь строительства успешно завершена. Начался второй этап строительства, который включает в себя завершение установки детекторов ARCA и ORCA на станциях КМ3НеТ-Ит и КМ3НеТ-Фр соответственно.

Связь с другими нейтринными телескопами

При разработке детектора нейтрино KM3NeT опирается на опыт телескопа ANTARES , который работал с 30 мая 2008 года по весну 2022 года и был крупнейшим нейтринным телескопом в Северном полушарии. Возможности Северного полушария дополняются Байкальским гигатонным объемным детектором Байкальского глубоководного нейтринного телескопа на озере Байкал . В Южном полушарии, в Антарктиде, нейтринная обсерватория IceCube уже много лет работает .

Отношения с европейскими институтами

Будучи уникальным экспериментом в Европе и благодаря успеху своего предшественника ANTARES , KM3Net занимает особое положение в европейском контексте.На протяжении всей своей истории KM3NeT получала поддержку со стороны Европейского Союза посредством участия в нескольких европейских проектах, а также благодаря признанию ценности KM3NeT европейскими учреждениями.

Действительно, в 2006 году KM3Net был включен в дорожную карту Европейского стратегического форума по исследовательской инфраструктуре (ESFRI), которая признает исследовательскую инфраструктуру KM3Net приоритетом для научных потребностей Европы на следующие 10-20 лет. Поддержка была продлена Советом Европейского Союза на период 2019-2026 годов. В то время как первая фаза проекта привела к разработке модульного детектора и созданию прототипов, цель KM3NeT 2.0 — адаптироваться к научно-техническому прогрессу, достигнутому в области нейтринной физики астрочастиц. Таким образом, вторая запись в дорожной карте ESFRI подтверждает интерес KM3Net на этапе эффективного строительства.

Наряду с Советом реализация площадок для установки KM3Net также получила финансирование через Европейский фонд регионального развития (ERDF) , что подтверждает экономический, социальный и территориальный потенциал KM3Net на региональном уровне.

Кроме того, эксперимент также получил различное финансирование через европейские исследовательские и инновационные программы:

С 2006 по 2009 год исследование дизайна поддерживалось Шестой европейской рамочной программой (EU FP6) . Целью было решение научно-технических вопросов проектирования, связанных с установкой телескопа.
С 2008 по 2012 год подготовительный этап инфраструктуры KM3Net финансировался Европейской седьмой рамочной программой (EU FP7) с целью доведения телескопа до стадии строительства.
С 2017 по 2020 год KM3Net воспользовалась программой Horizon 2020 посредством реализации проекта KM3Net-INFRADEV , целью которого была поддержка разработки юридических и управленческих аспектов эксперимента, а также изучение устойчивого решения для эксплуатации исследовательская инфраструктура.
С 2023 по 2026 год эти задачи решаются в рамках проекта KM3Net-INFRADEV2 , финансируемого Horizon Europe , который должен привести к полной реализации исследовательской инфраструктуры KM3Net.

Наконец, KM3Net участвовала во многих европейских проектах, возглавляемых партнерами Коллаборации. Например, KM3Net принимает участие в сети EMSO , предоставляя долгосрочный доступ к исследованиям в области наук о Земле и море. KM3Net участвовал в проекте ASTERICS, ^[8] и до сих пор участвует в европейской инициативе EOSC по открытой науке, а также в соответствующем проекте ESCAPE. ^[9] И последнее, но не менее важное: KM3Net также занимается гражданской наукой, в частности, в рамках проекта REINFORCE. ^[10]

Эти проекты получили финансирование в рамках программ Европейского Союза по исследованиям и инновациям .

Галерея изображений

Электроника для считывания показаний фотоумножителей и калибровочных приборов внутри KM3NeT DOM.
КМ3НеТ ЛОМ – ракета-носитель оптических модулей – загружается на корабль развертывания НИС «Пелагия». Полное обнаружение строки выполняется в LOM. После прибытия на морское дно веревка разматывается на всю длину.
Прототип ДОМ КМ3НеТ, установленный в приборной линейке нейтринного телескопа АНТАРЕС . ДОМ работает с апреля 2013 года.
Впечатление художника от нейтринного телескопа КМ3НеТ.
Оптические модули KM3NeT крепятся с помощью кнехтов к поддерживающим веревкам Dyneema.
Изображение оптического модуля мульти-ФЭУ (31) КМ3НеТ.
Изображение KM3NeT LOM (пусковая установка оптических модулей) со намотанной веревкой на палубе корабля перед развертыванием.
Вид сверху на LOM KM3Net со намотанной веревкой.
Изображение LOM KM3Net со намотанной веревкой в ожидании отправки.