Неизведанная Якутия: Астрономическая лаборатория мирового значения
В 55 километрах от города Якутска расположился уникальный научный комплекс, имеющий прямую связь с необъятным космосом. Местные жители уже давно привыкли к многочисленным установкам в виде крошечных «железных домиков». А порою пускаемые прямиком в небо лучи света давно перестали их удивлять. Данное место пережило не одно поколение выдающихся ученых и простых людей, завлекаемых увлекательными идеями и размышлениями о космосе. Это уникальное место несет в себе имя выдающегося советского ученого Д.Д. Красильникова, а его полное название – Якутская комплексная установка широких атмосферных ливней имени Д.Д. Красильникова ИКФИА СО РАН.
Фото: Тимур Максимов, архив Лаборатории ШАЛ, Ольга Окоёмова
Якутская комплексная установка ШАЛ

Проект данного комплекса был начат еще в далеком 1965 году и открыт в 1970 году сперва в качестве небольшой станции, а в дальнейшем перерос в крупную научную обсерваторию. На территории комплекса находится уникальная установка широких атмосферных ливней (ШАЛ), которая была основана в 1973 году и работает по настоящее время. Регистрируя мощные потоки элементарных частиц, Якутская комплексная установка ШАЛ является экологически абсолютно чистой и безопасной, так как на ней не используются искусственные радиоактивные элементы. Она работает, как уникальный приемник природных космических лучей. Для более детального ознакомления с деятельностью комплекса мы взяли интервью у кандидата физико-математических наук и заведующего лабораторией в с. Октёмцы – Сабурова Артёма Владимировича.
Фото: Тимур Максимов
– Какие исследования проводятся в вашем комплексе?

– В нашем институте имеется два направления исследований: аэрономическое и космофизическое. Лаборатория в с. Октёмцы занимается изучением космических лучей самой высокой энергии. Якутская установка регистрирует наиболее энергичные из наблюдаемых в природе частиц — в диапазоне энергий от 10¹⁷ эВ до 10²⁰ эВ.
Фото: Марианна Шадрина
– Расскажите, пожалуйста, поподробнее об установке ШАЛ. Как нам известно, она является единственной в России.

– Установка ШАЛ – это научный инструмент, который регистрирует приходящие на земли каскады вторичных частиц. Наша лаборатория изучает развитие каскадных процессов в атмосфере Земли, а также характеристики первичного излучения: интенсивность, энергетический спектр, состав, источники, генерирующие частицы. В настоящее время Якутская установка ШАЛ является единственной в России и одной из крупнейших установок в мире, ведущих исследования в области энергий выше 10¹⁷ эВ. Основное и существенное её отличие от зарубежных аналогов – комплексность измерений характеристик ШАЛ. Только на Якутской установке ШАЛ реализовано одновременное измерение трех главных компонентов ливня: потоков электронов, мюонов (неустойчивая элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом) и излучения Вавилова – Черенкова частицы ШАЛ в атмосфере. Если говорить вкратце, наш институт исследует космические лучи, которые позволяют более детально изучить Вселенную.

– А какие люди работают в вашей лаборатории? Как вы можете их охарактеризовать?

– Среди наших сотрудников имеются люди разных поколений: одни из них более старшие и остепененные люди, которые сделали значительный вклад в мировую науку и имеют необходимую экспертизу, опыт. Также имеются молодые сотрудники, которые больше заинтересованы в новых технологиях и методах исследования. Между ними возникает некая синергия, которая позволяет добиваться весьма интересных результатов.
Фото: Марианна Шадрина
– Если говорить о новом, планируется ли какая-нибудь модернизация комплекса?

– На данный момент модернизация активно идет, создаются новые системы регистраций и отбора событий, которые позволят точнее восстанавливать пространственно-временную картину ШАЛ. Планируется улучшить точность существующих детекторов и внедрить новые их типы, в частности, сцинтилляционные и мюонные детекторы. Это даст значительное улучшение точности и восстановление прихода космических лучей, с одной стороны. С другой стороны, это позволит уменьшить систематическую ошибку при амплитудных измерениях. Также сейчас создаются экспериментальные установки. В настоящее время проходят испытания быстрого интегрального детектора на основе линзы Френзеля, позволяющего регистрировать фронт черенковского излучения.
Фото: Марианна Шадрина, архив Лаборатории
– На ваш взгляд, в чём заключается уникальность данного комплекса?

– Так получилось, что у нас измеряются основные компоненты ШАЛ: заряженная, высокоэнергичные анти-мюоны и черенковское излучение. Также у нас несколько лет назад работала система регистрации радиоизлучения ШАЛ. То есть, можно сказать, что в нашей лаборатории охвачено достаточно много аспектов развития широких атмосферных ливней, которые позволяют при соответствующем анализе получить более полную картину.

– Каким вы видите ближайшее будущее вашего комплекса?

– Будущее мне видится в проведении анализов данных, полученных за последние два наблюдательных сезона. У нас уже вырисовывается интересная картина, в частности, данных мюонных детекторов. Также, сейчас одна из актуальных проблем в физике ШАЛ – это мюонная загадка. Над нею сейчас работают люди из разных областей мира и из разных сфер науки. А наша лаборатория заинтересована этим вопросом.

Схема установки ШАЛ

Якутская комплексная установка для регистрации широких атмосферных ливней сегодня содержит 68 станций наблюдения, в каждой из которых установлен сцинтилляционный детектор и в большинстве из них оптический приёмник излучения Вавилова-Черенкова, и 6 подземных мюонных детекторов. В якутской установке используются пластиковые сцинтилляторы. Излучение Вавилова-Черенкова — свечение, вызываемое в среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость света в этой среде. Общая площадь установки 10 км². Станции наблюдения размещены в узлах треугольной решётки со стороной 500 м. В центре установки детекторы размещены более плотно на расстоянии 250 м.
Фото: архив Лаборатории
Заключение

Неподалеку от города Якутска, в с. Октёмцы действует уникальная физическая установка, имеющая мировое значение. Она сочетает в себе возможности нескольких экспериментальных техник, а её инструментальная база непрерывно совершенствуется. За долгие годы работы был внесён огромный вклад в развитие мировой науки. Данный комплекс является уникальным местом не только на территории Якутии, но и на территории всей России.
Фото: Тимур Максимов
26 МАРТА 2022

Авторы
Ольга Окоёмова
Тимур Максимов
Марианна Шадрина