Совещания

"Байкал GVD": от экспедиции к экспедиции

С 29 ноября по 2 декабря в ОИЯИ проходило рабочее совещание коллаборации "Байкал". О текущем состоянии проекта создания глубоководного нейтринного телескопа кубокилометрового объема "Байкал GVD" и планах на будущее рассказывает руководитель проекта член-корреспондент РАН Григорий Владимирович ДОМОГАЦКИЙ (Институт ядерных исследований РАН, Москва).

Рабочие совещания нашей коллаборации проходят дважды в год - в начале июня и начале декабря. Специфика зимнего совещания заключается в следующем. Проходит примерно полгода с того момента, как в апреле запускается новая установка на Байкале. У нас ежегодно, в конце очередной зимней экспедиции, запускается либо модифицированный, либо совершенно новый комплекс измерительной аппаратуры. В декабре подводятся итоги за полгода - как комплекс работал, как шел набор данных, насколько удачными были работы прошлой зимы, что получилось, что нет. На основании этого делаются выводы, на чем нужно сосредоточиться в ближайшей экспедиции.

Вот и сегодня-завтра мы вплотную займемся вопросами подготовки зимней экспедиции 2017 года, которая даже для нас, имеющих почти сорокалетний опыт работы, совершенно особая. Здесь возникают задачи такого масштаба, которые мы никогда не решали в течение одной экспедиции. Мы надеемся поставить целый новый кластер в составе восьми гирлянд глубоководных регистрирующих модулей (288 ФЭУ). Более того, новый кластер должен работать совместно с уже функционирующим как единое целое.

Проект "Байкал-GVD" - проект большого нейтринного телескопа изначально задуман как модульный. Он строится отдельными кластерами, и по мере нарастания их количества объединенная установка становится все более мощной. Самое интересное то, что каждый отдельный кластер - самостоятельный, автономный нейтринный телескоп, один из трех крупнейших в мире. Первый кластер "Дубна", запущенный зимой 2015 года, проработал год, и в экспедицию 2016 года мы его несколько модернизировали - в полтора раза увеличили длину гирлянд, соответственно увеличили количество глубоководных оптических модулей на каждой гирлянде, увеличили расстояние между гирляндами. По сравнению с кластером "Дубна" действующий сейчас детектор обладает примерно в полтора раза более высокой чувствительностью к природному потоку нейтрино высоких энергий.

Сейчас можно сказать, что кластер вполне удовлетворительно работает с апреля 2016 года, постоянно идет набор экспериментальных данных. Объем экспозиции составил уже 180 суток "живого времени", то есть 180 суток набора данных. Это очень большая база данных, о которой сейчас мы имеем лишь поверхностное представление. Пройдет зимняя экспедиция, и следующим летом начнется плотная работа по анализу данных. Сейчас мы анализируем данные 2015 года, то есть анализ идет примерно со сдвигом на год.

- А такое запаздывание с анализом случается во всех нейтринных центрах в мире?

- Да, запаздывание бывает до пяти лет... Вот вчера, например, на совещании Ольга Суворова (ИЯИ) представила очень неплохую работу по поиску темной материи. Известно, что нейтринный телескоп - эффективное средство поиска проявлений неких сортов темной материи. Так вот, в докладе был сделан анализ данных, полученных в районе 2000 года. Они лежали, по ним был решен ряд задач, но жизнь идет, развитие науки выдвигает новые задачи, и на старые данные можно посмотреть под другим углом. Если у вас хорошие, качественные данные, то это капитал, который позволяет в течение достаточно долгого времени вести анализ, задавать новые вопросы природе, получать новые физические результаты. Естественно, всегда хочется быстрее, потому что сейчас - особый период в этой науке, которая называется astroparticle physics. Период замечательный в том смысле, что первые результаты 2013 года, полученные на антарктическом детекторе IceCube, показали, что авторы сумели из фона мюонов и нейтрино, которые попадают на Землю из атмосферы, где они рождаются под действием космических лучей, то есть из этого шума выделить истинные события от нейтрино, родившихся вне атмосферы Земли. Впервые четко выделены события из фона и это означает, что родилась, без преувеличения, совершенно новая область науки, новая астрономия - нейтринная астрономия, помимо традиционной электромагнитной астрономии.

В этом смысле сейчас период чрезвычайно симпатичный. Ведь даже чувствительность уже действующих на Байкале установок позволяет увидеть первые события от внеатмосферных нейтрино при годичной экспозиции. И одно подозрительное событие в данных кластера "Дубна" за 2015 год мы видим, хотя пока не очень понятно, можем ли мы уверенно определить его происхождение. Создаваемый детектор вполне может стать базовым элементом или одним из краеугольных камней этой самой нейтринной астрономии. Очень существенно, что он создается в северном полушарии. Американцы проект IceCube реализовали в южной полусфере, там свои радости… Но если вы хотите всерьез изучать все небо, нужно иметь телескопы в обоих полушариях. На стадии испытаний аппаратуры находится европейский проект KM3NeT создания подводной обсерватории в Средиземном море. В нем в первую очередь задействованы Италия и Франция с участием других европейских стран.

Если в финансовом плане в ближайшие месяцы ничего не случится, то мы завершаем подготовку всего оборудования, чтобы этой зимой установить сразу целый кластер. Первый мы собирали чуть ли не три года - по гирлянде, а чтобы за год сразу поставить кластер, - такого еще не было. Очень много в этом отношении сделано, в частности, в ЛЯП ОИЯИ, где создан и налажен настоящий цех по производству оптических модулей - основного структурного элемента телескопа. Это стеклянные сферы, выдерживающие большое давление воды, в которые помещены высокочувствительные фотоэлектронные умножители. Эти сферы составляют основную наблюдательную ячейку кластера, они просматривают определенный объем воды с точки зрения поиска событий от нейтрино - в условиях полной темноты, на глубине порядка одного километра идет поиск вспышек черенковского света. В новом детекторе, который мы будем создавать в 2017 году, таких оптических модулей планируется 288. Их надо суметь поставить, испытать за время хорошего льда на Байкале, а оптоволоконный и медный кабели уже проложены по дну озера к нужной точке. Если получится, то в апреле будем иметь два работающих кластера. Это будут два самостоятельных кластера, но способных выделять сигналы как единое целое. Это будет детектор Байкал-GVD варианта 2017 года. Весь телескоп строится по модульному принципу, и каждый кластер может работать как самостоятельный телескоп.

- А до кубокилометрового объема сколько еще таких кластеров надо?

- Тут надо снять шляпу перед IceCube. В свое время они провозгласили создание кубокилометрового детектора. Серьезной логики в этом никакой не было, никто не понимал, в какой области энергий, при каком уровне чувствительности установки можно будет увидеть нейтрино, пришедшие из далекого космоса.

Коллаборация IceCube - молодцы, они показали, что половина кубического километра - тот рабочий объем, с использованием которого уже можно выделить космические нейтрино. Отсюда стал понятен объем установки, чтобы она стала нейтринным телескопом. Отвечая на ваш вопрос, скажу - если в этом сезоне нам удастся поставить один кластер, а в следующем - два (а я очень надеюсь, что в процессе постановки этого кластера мы сообразим, как можно поставить два за год), то есть основания полагать, что к 2020 году мы сможем, если внешние условия в стране не станут на порядок хуже, поставить детектор с чувствительным объемом около 0,5 кубического километра. Другими словами, в рамках разумного прогнозирования мы вполне способны к 2020 году иметь установку примерно такого масштаба, как IceCube сейчас. Другое дело, что у этой коллаборации тоже есть амбициозные планы увеличить мощность установки чуть ли не в десять раз до 2025 года. На создание первой очереди проекта в свое время конгресс США выделил 300 млн долларов, но строительство вместе с проектированием заняло почти девять лет. Понятно, что такие вещи быстро не делаются, и к объявленной дате - 2025 год надо тоже подходить с осторожностью.

- Раз они планируют такое увеличение, значит, предполагают, что это повысит в десять раз чувствительность установки?

- Дело обстоит не совсем так, но в общем вы правы. Детектор будет более чувствительный, если у них все получится. Однако пока даже утвержденного проекта нет, нет и соответствующего решения.

- Команда вашего проекта год от года меняется?

- Основной состав - нет. Но какие-то изменения происходят постоянно. Два года назад органично и быстро влились, пусть пока с небольшим, но заметным рабочим вкладом, специалисты из Чехии и Словакии. Работать с ними - одно удовольствие, народ попался качественный. В зимнюю экспедицию готовы ехать. От Словакии руководитель Федор Шимкович - сотрудник ОИЯИ. От Чехии - Иван Штекл, также прошедший школу Института. В этом году появились на совещании поляки - шум, как на европейском мероприятии. Они приехали сюда со своими представлениями, какие задачи можно решать на Байкале. Один из поляков собирается участвовать в зимней экспедиции, конечно не в полном объеме, посмотрим, как справится. Чешские и словацкие специалисты прошли этот тест в прошлой экспедиции и в этом году будут уже участвовать по полной программе.

- Какой-то отбор в состав зимней экспедиции проводится?

- Надо быть здоровым и дисциплинированным, уметь терпеть холод и грузить тонны оборудования. Состав экспедиции, за исключением поварих, чисто мужской. Вот в Антарктиду очень жесткий медицинский отбор проводится, хотя условия жизни там принципиально лучше - прямо на Южном полюсе комфортабельные хорошо отапливаемые здания построены. У нас в этом смысле, скажем так, значительно скромнее. Что касается температуры, то, конечно, в Антарктиде бывает очень холодно, но главная неприятность - полярная ночь. Поэтому все монтажные работы на IceCube ведутся полярным летом - с конца ноября до конца февраля. Лишь дежурные операторы живут там по полгода и больше. В экспедициях на Байкале с нами работали немцы, но они долго не жили, недели по две-три - не больше, еще меньше работали итальянцы, французы.

- А наша молодежь из ОИЯИ, ИЯИ, других российских центров в экспедицию рвется?

- В ОИЯИ большинство сотрудников байкальской группы - бывшие сибиряки. Они приехали в Москву учиться, были у нас дипломниками, аспирантами, а потом осели здесь. Помню, Деже Киш первым зачислил на работу Игоря Белолаптикова. Я Игоря привез в Дубну, он сделал доклад. Киш послушал, посмотрел и сказал: давайте заявление, тут же подпишу. Так что климатические условия для них привычные, а если ко мне приходит студент-москвич, то я для начала всегда говорю: думай, способен ты такие условия выдержать. В зимних экспедициях нужны крепкие люди. У вас тут с этим полный порядок.

- В этом рабочем совещании впервые участвовали поляки, но вообще-то вы больше варитесь в собственном соку или состав постепенно меняется?

- Вы знаете таких художников Кукрыниксов?

- Конечно.

- Это к вопросу о собственном соке. Мой отец, художник, знал их. В советские времена художников довольно часто, несколько раз в году собирали, чтобы объяснить им, как они должны видеть мир. Как-то отец и Николай Соколов (из Кукрыниксов) сидят на таком собрании, и докладчик говорит, как же плохо, что мы варимся в собственном соку. А Николай и говорит отцу: очень плохо вариться в собственном соку, но, по-моему, еще хуже вариться в чужом.

Мы варимся в своем, но, конечно, иногда интересно и очень полезно бывает, когда приходит кто-то и на свежий взгляд замечает привычные нам вещи, начинает задавать наивные вопросы - это особенно бывает интересно. На этом совещании честно два дня сидел замдиректора ЛЯП Дмитрий Наумов, слушал, задавал вопросы - это полезно. Кстати, сотрудники из Чехии и Словакии хорошие доклады сделали.

Наш разговор прерывает телефонный звонок от главного инженера завода "Псковгеофизкабель". И это стало поводом для перехода к следующей теме:

- Во времена СССР почти весь геофизический кабель производили в Узбекистане. Сейчас в Пскове вырос замечательный завод, который обеспечивает кабелем нефтеразработки в стране, геофизиков, всех на свете. Это просто святые люди. Мы же должны в определенные сроки на дно Байкала укладывать оптоволоконный кабель, связывающий установку с береговым центром управления. Звонишь директору, говоришь: к началу зимы нужен кабель, но денег нет. Отвечает: сделаем, не беспокойтесь, когда сможете - тогда заплатите.

Поскольку Байкальский проект идет с 1980-х, за это время сложился определенный круг партнеров, которые считают, что науке надо помогать. Сейчас в Пскове уже изготовили кабель для третьего кластера, так что нам не следует отставать. Пока идем по плану, утвержденному международным научным советом нашей коллаборации, возглавляемым В.А.Рубаковым. В совет входят уважаемые люди из России, Франции, Нидерландов. В соответствии с планом этой зимой мы должны установить полномасштабный кластер и провести подготовительные работы к постановке в 2018-м одновременно двух кластеров. Уверенности, что получится поставить за одну зиму сразу два, у меня лично пока нет. Может, и получится. Тут много обстоятельств должно сложиться: и с погодой должно повезти, поскольку ледовый период не такой уж длинный - всего полтора месяца. А для того, чтобы выполнить план 2018 года, предстоит решить ряд технических и организационных задач. Будем надеяться на лучшее. К 2020 году мы хотим поставить от 8 до 10 кластеров.

- Какие институты входят в коллаборацию "Байкал"?

- Моисей Александрович Марков, закладывавший основы всей этой байкальской эпопеи, всегда подчеркивал необходимость участия в ней на коллаборационных началах организаций разных научных направлений, людей с разными научными интересами. Байкальский проект идет с начала 1980-х, и на разных этапах разные институты вносили больший или меньший вклад в него. В начале 90-х годов, в период создания первого нейтринного телескопа НТ-200, ведущую роль играли ИЯИ РАН, DESY-Zeuthen и ИГУ, на данном этапе реализации проекта создания большого детектора определяющий вклад вносят ИЯИ РАН и ОИЯИ, хотя вклады московского, ленинградского, иркутского, нижегородского университетов, бесспорно, очень важны, и есть части проекта, которые являются целиком их зоной ответственности. В коллаборацию также входят немецкая компания Evologic, чешские Институт ядерной физики (Ржеж) и Институт экспериментальной и прикладной физики Пражского университета, Братиславский университет (Словакия), возможно, присоединятся поляки.

- Удачи вам и выполнения всех намеченных планов!

Ольга ТАРАНТИНА,
фото ЛЯП