Уявіть собі лабораторну установку розміром з континент. У неї періодично влітають елементарні частинки, які рухаються швидше, ніж світло в середовищі установки. Такі частинки неминуче витрачають свою енергію на випромінювання. В оптичному діапазоні це черенківське випромінювання, зване на честь свого першовідкривача Павла Черенкова. А в радіодієстоні - ефект Аскарьяна, названий на честь Гургена Аскарьяна, який передбачив його ще в 1962 році.
Мова йде про нейтринну астрономію, що цікавлять нас частинки - нейтрино надвисоких енергій, що з'явилися колись в результаті екстремальних астрономічних подій, типу вибухів наднових. Можливо це було в нашій галактиці, але швидше - десь набагато далі. Поблизу від нас наднові давненько не вибухали.
Черенківське (оптичне) випромінювання є ключовою «фішкою» нейтринного телескопа IceCube, побудованого на Південному полюсі. В антарктичному льоду через рівні проміжки пробурені свердловини, в них потім вморожені гірлянди фотодетекторів. Якщо в лід потрапляє високоенергетична частинка, її світіння реєструється. Зверху, на поверхні, стоїть ще один детектор, що реєструє частинки космічного походження. При їх виявленні він автоматично відключає всю установку на короткий час, щоб уникнути помилкових спрацьовувань. Вчених цікавлять тільки частинки, що прийшли знизу, тобто тільки нейтрино. Для них земна куля практично прозора, для всіх інших - ні.
Черенківське випромінювання в ядерному реакторі
Варто зауважити, що установка реєструє не самі нейтрино. Скрізь, де пишеться про їх реєстрацію, мається на увазі, що детектори «бачать» частинки, що утворилися при взаємодії нейтрино з речовиною. Іноді воно все-таки відбувається.
IceCube зараз має робочий об'єм в один кубічний кілометр. Є плани збільшення установки, благо місця в Антарктиді багато. Схожі за концепцією детектори нейтрино будуються на Середземному морі і на озері Байкал. Щоправда, зважаючи на брак там льоду кілометрової товщини, чутливі елементи будуть опускатися прямо у воду. Вона, загалом-то, нічим не гірше.
Схема IceCube
Кілометр - це вже дуже великий науковий прилад. Але, це не межа.
Вище ми писали про ефект Аскар'яна - високоенергетичні частинки, що потрапили в середовище, де швидкість поширення світла нижче їх швидкості руху, випромінюють і в радіодієстоні теж. І їх сигнали можна (і потрібно) виявити.
Нейтринний телескоп ANITA-IV (ANITA - це Antarctic Impulse Transient Antenna) запускається з американської станції Мак-Мердо, що знаходиться на Південному полюсі. На гелієвому аеростаті в небо йде комплект радіоприймальної апаратури вагою приблизно в півтори тонни. Аеростат піднімається вгору приблизно 30-37 кілометрів - у стратосферу.
З цієї висоти він може приймати радіосигнали з більшої частини території Антарктиди, з чим і пов'язана назва нашої статті. Матеріалом детектора виступає весь антарктичний лід.
Політ триває кілька тижнів і закінчується тим, що за наказом із землі аеростат стравлює газ і опускається десь в антарктичній глушині. Місцевого населення, та й взагалі - життя, там немає, тому за збереження техніки можна не турбуватися.
Апаратура ANITA-IV
Антарктида хороша саме цим - вона велика і на ній практично немає людей. Це означає, що аеростат не забере вітром у море, ефір майже вільний від перешкод, а приземляти техніку можна де завгодно і забирати її коли буде зручно - і з нею нічого не станеться.
Експеримент ANITA почався 2006 року. За минулі роки техніка зазнала деяких змін, що відбилися в нумерації.
За майже 13 років роботи установки були зареєстровані дві події, які не вписуються в передбачення Стандартної моделі, що змусило астрофізиків, які аналізували дані, заговорити про натяки на нові частинки. Стаття з докладним описом висновків опублікована на сайті препринтів arXiv.
Стандартна модель в сучасній фізиці - теорія, що описує взаємодії всіх відомих елементарних частинок. Однак фізики підозрюють, що ця модель неповна. Точніше, їм хочеться так думати, оскільки перспектива стояти біля витоків Нової Фізики приємна. Тому пошук явищ, що не вкладаються в Стандартну модель - одне з основних завдань експериментальної фізики високих енергій.
Треба зауважити, що в цьому сенсі результати експерименту виглядають навіть краще, ніж десяти років роботи LHC, якому Стандартну модель похитнути поки так і не вдалося. При цьому ANITA очевидно дешевше.