Marec je. Traktor z ogromnim krožnim rezilom v višini odraslega človeka drsi po ledu Bajkalskega jezera. Ogromen rezalnik reže en meter debel led, vse do tekoče vode pod njim. V bližini kup ljudi v oranžni obleki uravnava izjemno dolg kabel s steklenimi kroglami, na katere so pritrjeni senzorji. Vse to naj bi spustili na globino med 750 in 1300 metrov!
To globokovodno "girlando" ustvarjajo že od leta 2015. Iz leta v leto, vsako zimo in zgodaj spomladi, sem prihajajo znanstveniki in inženirji, da bi namestili grozde največjega nevtrinskega teleskopa na svetu - Baikal-GVD [Gigaton Volume Detector]. Sredi marca 2021 so uradno vzpostavili njegovo delovanje in raziskovalci so začeli eksperimente, ki bi lahko razveljavili naše celotno razumevanje vesolja.
Zakaj je to potrebno?
Začnimo od začetka. Nevtrini so ultra lahki "duhovni" delci, ki prežemajo vesolje in vse v njem. Medtem ko berete te vrstice, bodo skozi vas že prepotovali kvadrilijoni (1, ki ji sledi 15 ničel!) nevtrinov, izhajajočih iz središča Sonca le osem minut prej. Toda tega sploh ne boste čutili in to je še ena pomembna lastnost nevtrinov.
Nevtrini imajo zelo malo interakcije s snovjo. Na primer, največ eden od 10¹⁶ sončnih nevtrinov bo zadel en atom človeškega telesa. Elementarni delci so med seboj polprosojni - lahko prehajajo naravnost drug skozi drugega in ne občutijo kolizije (nimajo interakcije). Znanstveniki so potrebovali 26 let, da so prvič odkrili kolizijo in potrdili, da nevtrini ne obstajajo le v teoriji. To je bilo leta 1956. Resda ljudje od takrat nismo prav veliko napredovali pri našem poznavanju nevtrinov.
Kirill Šipicin / Sputnik
Vemo le, da so nevtrini izjemno lahki (tudi najtežji nevtrin tehta milijonkrat manj kot elektron) in da je narava njihovega izvora drugačna. Nevtrini se nenehno "rojevajo" na Soncu, znotraj Zemlje, v ozračju, v jedrskih reaktorjih in znotraj nastajajočih ali umirajočih galaksij, zvezd in drugih astrofizičnih virov.
Bajkalski teleskop je namenjen prepoznavanju in preučevanju izjemno visokih energijskih nevtrinskih tokov - torej tistih, ki so prispeli iz globokega vesolja - in omogoča prepoznavanje vseh drugih vrst. Ti precej redki "vesoljski glasniki" nam lahko povedo, kaj se je zgodilo z našim vesoljem, kako se je razvijalo in kako so nastajale galaksije, temna snov in črne luknje. Nevtrini so bili prvi, ki so znanstvenikom prvi povedali o zvezdni eksploziji supernove 1987A v Velikem Magellanovem oblaku, preden so astronomi zagledali optični blisk.
Nobeni drugi delci tega niso sposobni. Na poti na Zemljo vsi električno nabiti delci (protoni in elektroni) precej skrenejo s svoje poti zaradi delovanja magnetnih polj, zato je nemogoče ugotoviti, kakšen je bil njihov vir, medtem ko delci svetlobe - fotoni - morda ne uspejo pobegniti iz gostih in ogrevanih predelov vesolja ali pa uhajajo v bistveno spremenjenem stanju. Nenabiti nevtrini ne reagirajo na magnetna polja in prenašajo informacije "iz prve roke", medzvezdni prah pa jih ne pogoltne. Tako preučevanje nevtrinov odpira novo poglavje za preučevanje vesolja in pri tem presenetljivo natančno. Pravijo, da odpirajo prehod v "novo fiziko". Poleg tega nobena druga metoda opazovanja - z Zemlje ali iz vesolja - ne more videti tako globoko v vesolje.
Kako izgleda ta teleskop? In zakaj Bajkalsko jezero?
Že v prejšnjem stoletju so znanstveniki spoznali, da je nevtrin mogoče "ujeti" in s pomočjo občutljivih fotodetektorjev določiti njegovo smer potovanja - z uporabo stopnje intenzivnosti modrikastega sija (za to je bila leta 1958 podeljena Nobelova nagrada). Svetlobno občutljivi detektorji lahko sledijo šibkim trkom, ki nastanejo, ko je nevtrin v stiku s snovjo.
Svetlana Latinina / TASS
Toda za prepoznavanje učinka je potrebno na stotine fotodetektorjev, pa tudi velik volumen izjemno prozorne snovi, s katero je lahko nevtrin v stiku. Kako bi lahko zgradili tak detektor? In kam bi lahko postavili tako veliko stvar? Leta 1980 je sovjetski akademik po imenu Moisej Markov predstavil revolucionarno idejo: predlagal je, da se več fotodetektorjev potopi v naravne vodne rezervoarje in potem preprosto počaka, da se nevtrin pojavi sam od sebe.
Največja in najbolj znana tovrstna instalacija je nevtrinski teleskop IceCube. To je dobesedno "ledena kocka", s prostornino enega kubičnega kilometra, s fotodetektorji, vdelanimi v antarktični led.
Na Bajkalu je bil prvi nevtrinski teleskop zgrajen leta 1993 in se je imenoval NT-36. Prvič je bilo mogoče prepoznati nevtrin, ki je prispel v napravo od spodaj - po prehodu skozi Zemljo. Toda ta teleskop je zastarel, ter tudi ni več ustrezal po velikosti: preprosto je bil premajhen, da bi omogočil nadaljnje raziskave.
Nato ga je nadomestila sodobna konstrukcija Baikal-GVD, ki ga je zgradila mednarodna skupina fizikov pod vodstvom Inštituta za jedrske raziskave Ruske akademije znanosti v Moskvi in Združenega inštituta za jedrske raziskave v Dubni. Sestavljen je iz 288 optičnih modulov na osmih navpičnih kablih. Tako je nevtrinski teleskop dejansko postal najvišja zgradba v Rusiji. Le da se nahaja pod vodo in 3,5 km od obale!