Projekt Baikal-GVD

Updated: 2020-11-02

Wstęp

Eksperyment Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector) jest największym obecnie działającym teleskopem neutrinowym na półkuli północnej, a jednocześnie największym podwodnym detektorem neutrin na świecie. Jego głównym celem jest poszukiwanie neutrin wysokich energii pochodzących ze źródeł astrofizycznych. Teleskop składa się z modułów optycznych umieszczonych na głębokości około 1 km w wodach jeziora Bajkał. Obecnie trwa intensywna rozbudowa teleskopu. Instalowane są kolejne moduły, które pozwolą zwiększyć jego efektywną objętość (obecnie: 0.35 km³).

Detekcja neutrin w teleskopie polega na rejestracji promieniowania Czerenkowa, emitowanego przez cząstki naładowane (tu: miony i elektrony) powstałe w wyniku oddziaływań neutrin w podłożu skalnym jeziora lub w wodzie. Teleskop jest szczególnie czuły na neutrina lecące ku górze, czyli takie, które przeleciały przez Ziemię. Oznacza to, że obserwuje on tak naprawdę południową półkulę nieba.

O projekcie

Podwodny detektor neutrin Baikal-GVD to międzynarodowy projekt z zakresu astrofizyki cząstek elementarnych i astronomii neutrin. Faza przygotowawcza projektu zakończyła się w 2015 roku uruchomieniem klastra demonstracyjnego składającego się ze 192 modułów optycznych. Budowę pierwszej fazy Baikal-GVD (GVD-I) rozpoczęto w 2016 roku, instalując pierwszy z ośmiu klastrów w podstawowej konfiguracji, składający się z 288 modułów optycznych. Zakończenie GVD-I (8 klastrów, objętość 0.4 km³) planowane jest na 2021 r.

Baikal-GVD znajduje się w południowej części jeziora Bajkał, prawie 4 km od stacji umiejscowionej na lądzie, w której znajduje się system kontroli i gromadzenia danych. Miejsce zostało wybrane ze względu na głębokość jeziora (1366 metrów) i jego płaskie dno (umożliwiające niemal nieograniczoną rozbudowę detektora), przejrzystość wody, istnienie połączenia kolejowego, a także możliwość montażu całego wyposażenia teleskopu na pokrywie lodowej jeziora późną zimą.

Współpraca Baikal-GVD obejmuje 11 instytucji i organizacji z 5 krajów. Teleskop jest jednym z trzech największych detektorów neutrin na świecie, obok IceCube na biegunie południowym i KM3NET na Morzu Śródziemnym.

Cel badań

Głównym celem jest szczegółowe badanie strumienia kosmicznych neutrin wysokich energii i poszukiwanie ich źródeł. Baikal-GVD poszukuje także kandydatów na ciemną materię, neutrin z rozpadu superciężkich cząstek, magnetycznych monopoli i innych egzotycznych zjawisk. Stanowi on również platformę do badań środowiskowych w jeziorze Bajkał.

Wkład IFJ

Grupa Baikal-GVD IFJ PAN aktywnie uczestniczy, zarówno od strony technicznej, jak i naukowej w eksperymencie Baikal Gigaton Volume Detector. Poprzez udział naszego przedstawiciela w corocznych Zimowych Ekspedycjach Współpracy Baikal-GVD uczestniczymy również w rozbudowie infrastruktury teleskopu. Grupa krakowska prowadzi także prace nad rozwojem oprogramowania służącego do symulacji odpowiedzi detektora na produkty oddziaływań neutrin z materią (miony, kaskady cząstek wtórnych), jak również nad rekonstrukcją zarejestrowanych zdarzeń (wyznaczaniem pierwotnego kierunku neutrina oraz jego energii) i kalibracją czasową modułów optycznych detektora.