Наука и техника

Ливни сверхвысоких энергий Как устроена высокогорная научная станция института Лебедева

Высокогорная научная станция Физического института Лебедева была создана в середине прошлого века для исследования космического излучения высоких энергий. В частности, на станции регистрировались и изучались широкие атмосферные ливни — каскадные образования элементарных частиц в атмосфере, вызванные столкновением космических лучей с ядрами молекул воздуха. Сейчас здесь проводится эксперимент «Горизонт-Т» по поиску частиц со сверхвысокими энергиями. Все фотографии были сделаны Анной Сергеевой начиная с 2010 года.

18:44, 5 декабря 2013
Высокогорная научная станция Физического института Лебедева была организована в 1957 году. Она располагается на перевале Жусалы-Кезень в горах Тянь-Шань, примерно в 30 километрах от Алма-Аты.
1/20
Главная задача станции — регистрация космического излучения высоких энергий. Станция находится на высоте 3336 метров над уровнем моря: на такой высоте атмосфера сравнительно прозрачна для высокоэнергетических частиц космического излучения.
2/20
Станция принадлежит российскому институту имени Лебедева
3/20
Одним из основных объектов исследования на станции являются так называемые широкие атмосферные ливни. Они представляют собой каскадные потоки элементарных частиц (преимущественно электронов), образовавшихся в результате столкновения космического излучения с атмосферой Земли.
4/20
Для изучения характеристик исходной частицы необходимо наблюдение на максимально большой площади — у самой земли площадь типичного ливня может составлять десятки квадратных километров.
5/20
Детекторы, расположенные непосредственно на земле, регистрируют не только сами частицы ливня, но и фотоны черенковского излучения этих частиц.
6/20
Эти фотоны несут информацию об энергии породивших их частиц, а также о высотах, с которых они пришли.
7/20
Эффект Вавилова-Черенкова (черенковское излучение) был открыт в 1934 году Павлом Черенковым в лаборатории Сергея Вавилова в ФИАН (Физический институт Академии наук) при изучении люминесценции жидкостей под воздействием гамма-излучения.
8/20
Суть эффекта заключается в том, что заряженная частица, которая движется в среде с постоянной скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной среде, излучает фотоны (из-за этого, например, вода, охлаждающая ядерный реактор, светится синим светом).
9/20
За это открытие Черенков, а также Игорь Тамм и Илья Франк, выполнившие теоретическое обоснование опытов, получили в 1958 году Нобелевскую премию по физике.
10/20
В 1996-2009 годах в Германии работала установка KASCADE, сходная по характеристикам с установкам АНИ, строительство которой на станции так и не было завершено из-за распада СССР.
11/20
Данные, полученные на KASCADE, показали, что существовавшие на тот момент системы детекторов имеют значительные ограничения: они позволяют оценить энергию космического излучения, породившего ливень, но не его состав.
12/20
В 2011 году на высокогорной научной станции заработал эксперимент «Горизонт-Т», цель которого — изучить состав сверхвысокоэнергетического космического излучения.
13/20
Проект позволит исследовать ливни, порожденные частицами с энергиями порядка 1017 - 1018 электронвольт.
14/20
Изучение частиц таких высоких энергий, возможно, прольет свет на многие вопросы физики.
15/20
Примечательно, что до настоящего момента источники столь высокоэнергетических частиц в космосе однозначно не идентифицированы.
16/20
Установка состоит из семи точек, в которых находятся 26 сцинтилляционных детекторов частиц. Расстояние между установками составляет 900 метров.
17/20
Помимо детекторов в состав «Горизонта» входит оптическая система для регистрации черенковского излучения, состоящая из трех зеркал.
18/20
Сейчас функционирует первая очередь установки — оптическая часть и два сцинтилляционных детектора.
19/20
Оптика и детекторы работают в паре. Это позволяет ловить сигналы, которые одновременно фиксируются и на черенковском зеркале, и на сцинтилляционном детекторе.
20/20
< Назад в рубрику
Обсудить