KM3NeT - KM3NeT

Снимок художника от нейтринного телескопа KM3NeT, закрепленного на морском дне
Логотип KM3NeT

В Кубический километр нейтринного телескопа, или же KM3NeT, это будущий европейский исследование инфраструктура, которая будет располагаться внизу Средиземное море. Здесь будет размещено следующее поколение нейтринный телескоп в виде воды Черенковский детектор с инструментальным объемом в несколько кубических километров, распределенным по трем точкам Средиземного моря: KM3NeT-Fr (off Тулон, Франция), KM3NeT-It (выкл. Портопало-ди-Капо-Пассеро, Сицилия, Италия) и KM3NeT-Gr (выкл. Пилос, Пелопоннес, Греция). Проект KM3NeT продолжает работу, проделанную в рамках АНТАРЕС (телескоп построен у берегов Франции), НЕМО (планируется телескоп у берегов Италии) и НЕСТОР (планируется телескоп у берегов Греции) проекты нейтринных телескопов.

KM3NeT будет искать нейтрино из далеких астрофизических источников, таких как остатки сверхновой, гамма-всплески, сверхновые или сталкивающихся звезд и будет мощным инструментом в поисках темная материя во вселенной. Его основная цель - обнаружить нейтрино от источников в нашей галактике. Массивы из тысяч оптических сенсорных модулей будут обнаруживать слабый свет в глубоком море от заряженных частиц, возникающих в результате столкновений нейтрино с водой или камнями в непосредственной близости от детектора. В исследовательской инфраструктуре также будут находиться приборы для других наук, например Морская биология, океанография и геофизика для длительного и оперативного мониторинга глубоководной среды и морского дна на глубине до нескольких километров.

После полного завершения исследовательская инфраструктура KM3NeT будет состоять из нескольких крупных субдетекторов. Сначала два из них, вместе составляющие детектор ARCA, действительно сформируют телескоп, ищущий далекие источники нейтрино. Другой субдетектор - ORCA - будет оптимизирован для измерения свойств самого нейтрино. В этом смысле ORCA - детектор физики нейтринных частиц.

Дизайн

Цифровой оптический модуль (DOM) KM3NeT в лаборатории

В будущем и в ожидании финансирования полный нейтринный телескоп будет содержать порядка 12000 устойчивых к давлению стеклянных сфер, прикрепленных примерно к 600 струнам. На текущем этапе строительства телескоп будет состоять из 345 струн, 230 в детекторе ARCA и 115 в детекторе ORCA. Каждая струна удерживает 18 сенсорных сфер, прикрепленных к морскому дну и поддерживаемых поплавками. Каждая сфера, называемая «цифровым оптическим модулем» (DOM), имеет диаметр около 17 дюймов (43 см) и содержит 31 3 дюйма (7,6 см). фотоумножитель трубок с поддерживающей электроникой и подключается к берегу через оптическую сеть с высокой пропускной способностью. Вместе детектор ARCA и ORCA содержит 6210 DOM.

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

На площадке KM3NeT-It на глубине 3400 м находится АРКА (Исследование астрономических частиц с помощью космической техники в бездне) детектор с более широко разнесенными РОВ, оптимизированными для регистрации космических нейтрино высоких энергий в диапазоне ТэВ – ПэВ. Его струны имеют длину 650 м, расстояние между ними составляет 90 м.[1]:3[2]:21

На участке KM3NeT-Fr на глубине 2475 м находится ORCA (Исследование колебаний с помощью Cosmics in the Abyss) детектор, более компактная матрица с более близко расположенными датчиками, оптимизированная для атмосферных нейтрино в диапазоне ГэВ. Он будет состоять из 115 строк в 20-метровой треугольной сетке с 9-метровым интервалом между DOM в строке. В целом установка имеет диаметр около 210 м, длина струн - 200 м.[2]:6

Строительство

Конструкция нейтринного телескопа KM3NeT очень модульная, и конструкция может быть поэтапной во времени. В 2012 году начался первый этап реализации исследовательского комплекса KM3NeT со строительства инфраструктуры морского дна на площадках KM3NeT-Fr и KM3NeT-It. Прототип цифрового оптического модуля KM3NeT (KM3NeT-DOM) успешно собирал данные более года в рамках АНТАРЕС телескоп. Площадка установки KM3NeT-Fr рядом с телескопом АНТАРЕС готовится к установке в 2019 году первых ниток для детектора ORCA по физике нейтринных частиц. На сайте KM3NET-It первый прототип KM3NeT-строки успешно собирал данные около года. В 2016 и 2017 годах были установлены первые полные гирлянды детектора ARCA. В 2018 году подводная кабельная сеть была остановлена. В начале 2019 года временное исправление оживило сеть и первую нитку. Кабельная сеть на участке модернизируется для установки двух субдетекторов по 115 струн каждый для ARCA. В феврале 2020 года была завершена первая очередь детектора ORCA с установкой шестой струны. Вместе ARCA и ORCA образуют вторую фазу построения KM3NeT.

Кроме того, проект под названием SMO предоставит KM3Net акустическое обнаружение (гидрофоны), чтобы помочь с мониторингом положения струн в воде. Эта технология в настоящее время также проходит испытания на предмет возможного нового способа наблюдения нейтрино с помощью акустических волн.[3][4][5].

Отношение к другим нейтринным телескопам

При разработке детектора нейтрино KM3NeT опирается на опыт трех пилотных проектов в Средиземном море: АНТАРЕС детектор, Нейтринная средиземноморская обсерватория (NEMO) и НЕСТОР Проект. В рамках проектов NEMO и NESTOR выполнялись исследовательские и опытно-конструкторские работы для нейтринного телескопа, но указанные телескопы так и не были построены (за исключением некоторых небольших прототипов). Телескоп АНТАРЕС был завершен 30 мая 2008 года и является самым большим нейтринным телескопом в северном полушарии. В южном полушарии, в Антарктиде, Нейтринная обсерватория IceCube уже работает. Вместе IceCube и KM3NeT будут наблюдать за всем небом и сформируют глобальную нейтринную обсерваторию.

Галерея

  • Электроника для считывания показаний фотоэлектронных умножителей и калибровочных приборов внутри KM3NeT DOM

  • KM3NeT LOM - ракета-носитель оптических модулей - загружается на судно развертывания НИС "Пелагия". Обнаружение полной строки перекатывается на LOM. По прибытии на дно струна раскручивается на всю длину.

  • Опытный образец КМ3НеТ ДОМ установлен в приборной линейке АНТАРЕС нейтринный телескоп. DOM работает с апреля 2013 года.

Рекомендации

  1. ^ Кушнер, Антуан (4 июля 2016 г.). Поиски нейтрино высоких энергий в Средиземном море: исследование Вселенной с помощью ANTARES и KM3NeT / ARCA (PDF). XXVII Международная конференция по физике нейтрино и астрофизике. Лондон. Видео доступно на Конференция Neutrino 2016 - понедельник (часть 1) на YouTube.
  2. ^ а б Койл, Паскаль (6 июля 2016 г.). Определение иерархии масс нейтрино с помощью KM3NeT / ORCA (PDF). XXVII Международная конференция по физике нейтрино и астрофизике. Лондон. Видео доступно на Конференция Neutrino 2016 - среда (часть 2) на YouTube.
  3. ^ "Laboratori Nazionali del Sud - Многопрофильные подводные обсерватории".
  4. ^ Альт, S .; Aiello, S .; Амели, Ф .; Anghinolfi, M .; Barbagallo, G .; Барбарино, Г .; Barbarito, E .; Barbato, F .; Bellotti, G .; Beverini, N .; Бьяджи, С. (2014). «Система подводного акустического позиционирования для проектов SMO и KM3NeT - Italia». Созополь, Болгария: 134–137. Дои:10.1063/1.4902790. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  5. ^ Виола, Сальваторе; Ардид, Мигель; Бертен, Винсент; Лахманн, Роберт; Пеллегрино, Кармело; Риккобене, Джорджио; Салдана, Мария; Сапиенца, Пьера; Симеоне, Франческо (18.08.2016). «Акустическая система позиционирования для КМ3НеТ». Материалы 34-й Международной конференции по космическим лучам - PoS (ICRC2015). Гаага, Нидерланды: Sissa Medialab: 1169. Дои:10.22323/1.236.1169.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка