Внутри подземной лаборатории в Китае, которой поручено раскрыть физическую тайну

Reuters: КАЙПИН, Китай (Reuters) – В ближайшие месяцы гигантская сфера на глубине 700 метров (2300 футов) под землей с тысячами светочувствительных трубок будет помещена в 12-этажный цилиндрический бассейн с водой для проведения эксперимента, который прольет новый свет на неуловимые субатомные частицы, известные как нейтрино.

После нескольких лет строительства подземная нейтринная обсерватория Цзянмэнь (JUNO) стоимостью 300 миллионов долларов в южной китайской провинции Гуандун вскоре начнет собирать данные о нейтрино, продукте ядерных реакций, чтобы помочь разгадать одну из самых больших загадок в физике элементарных частиц.

Каждую секунду триллионы чрезвычайно малых нейтрино проходят через материю, включая человеческое тело. В полете нейтрино, которых известно три разновидности, могут трансформироваться в другие типы. Определение того, какие типы материи являются самыми легкими, а какие – самыми тяжелыми, дало бы ключ к пониманию субатомных процессов на заре существования Вселенной и объяснило бы, почему материя такая, какая она есть.

С этой целью китайские физики и сотрудничающие с ними ученые со всего мира будут анализировать данные о нейтрино, испускаемых двумя близлежащими атомными электростанциями провинции Гуандун, в течение шести лет.

JUNO также сможет наблюдать нейтрино от Солнца, получая представление о солнечных процессах в режиме реального времени. Она также может изучать нейтрино, выделяющиеся при радиоактивном распаде урана и тория на Земле, чтобы лучше понять конвекцию мантии, приводящую в движение тектонические плиты.

Запуск JUNO запланирован на вторую половину 2025 года, и он опередит гораздо более масштабный подземный нейтринный эксперимент (DUNE), который проводится в Соединенных Штатах. DUNE, созданная при поддержке нейтринной установки с длительным сроком службы (LBNF) при ведущей лаборатории физики элементарных частиц Министерства энергетики США (DOE), Fermilab, будет запущена в эксплуатацию примерно в 2030 году.

Стремление понять суть нейтрино и продвинуть вперед исследования в области физики элементарных частиц, которые преобразовали технологии медицинской визуализации и разработали новые источники энергии, усилилось, когда Министерство энергетики США резко сократило финансирование институтов, сотрудничающих с JUNO. Вместо этого она сосредоточилась на строительстве DUNE, которое с тех пор страдало от задержек и перерасхода бюджетных средств, а затраты взлетели до более чем 3 миллиардов долларов.

“В свое время Китай поддержал проект Fermilab LBNF, но позже сотрудничество не могло продолжаться”, – сказал агентству Reuters Ван Ифан, главный научный сотрудник и руководитель проекта JUNO, во время недавнего пресс-тура по объекту, организованного правительством.

“Примерно в 2018-2019 годах Министерство энергетики США попросило все национальные лаборатории не сотрудничать с Китаем, поэтому Fermilab  была вынуждена прекратить сотрудничество с нами”.

Министерство энергетики США, крупнейшее американское агентство по финансированию физики элементарных частиц, не ответило на запрос Reuters о комментариях.

За последнее десятилетие напряженность в китайско-американских отношениях резко возросла. Во время правления администрации Трампа разразилась торговая война, и президент Джо Байден позже ввел жесткие меры против продажи передовых технологий Китаю.

В августе истек срок действия двустороннего пакта о научно-техническом сотрудничестве, подписанного в 1979 году, что потенциально подтолкнуло большее число ученых к поиску альтернативных партнеров, что привело к дублированию исследований и упущению сотрудничества, которое в противном случае могло бы привести к полезным открытиям.

В 2010-х годах страны совместно создали ядерный реактор, в котором может использоваться низкообогащенный уран, что сводит к минимуму риск использования любого топлива в качестве оружия.

Министерство иностранных дел Китая заявило, что Пекин “поддерживает связь” с Вашингтоном по поводу расторгнутого соглашения по науке. Государственный департамент США воздержался от комментариев.

Единственное сотрудничество в США

Учреждения, сотрудничающие с JUNO, находятся в таких странах, как Франция, Германия, Италия, Россия и США, и даже на самоуправляемом Тайване, который Китай считает частью своей территории.

Нейтринные обсерватории строятся и в других местах.

“Тот, что в США, будет отставать от нас на шесть лет. А тот, что во Франции и Японии, – на два или три года позже нас. Поэтому мы считаем, что сможем получить результаты по иерархии масс (нейтрино) раньше всех”, – сказал Ван.

Пока что реальные применения нейтрино остаются отдаленной перспективой. Некоторые ученые рассматривали возможность передачи сообщений на большие расстояния с помощью нейтрино, которые проходят сквозь твердую материю, такую как Земля, со скоростью, близкой к скорости света.

Исследователи стараются держаться подальше от политики, чтобы сосредоточиться на науке, хотя они по-прежнему зависят от правительств, предоставляющих финансирование.

Одна американская группа остается в JUNO при поддержке Национального научного фонда, который недавно возобновил финансирование их сотрудничества еще на три года, сообщил агентству Reuters ведущий физик группы.

Напротив, более десятка институтов США участвовали в эксперименте, предшествовавшем JUNO, – эксперименте в Дайя-Бэй, также проводившемся в провинции Гуандун.

“Несмотря на любые политические разногласия, я считаю, что благодаря нашему сотрудничеству в этой научной области мы подаем положительный пример, который может способствовать, пусть и в небольшой степени, сближению наших стран”, – сказал Педро Очоа-Рику из Калифорнийского университета в Ирвайне.

Целостность данных

Прохождение нейтрино с двух электростанций будет регистрироваться сферическим детектором JUNO массой 600 тонн, который немедленно передаст данные в Пекин в электронном виде. По словам заместителя руководителя JUNO Цао Цзюня, данные будут одновременно переданы в Россию, Францию и Италию, где к ним смогут получить доступ все сотрудничающие учреждения.

Целостность данных вызывает озабоченность у иностранных компаний в Китае с тех пор, как в 2021 году был принят закон об использовании, хранении и передаче данных во имя обеспечения национальной безопасности.

“У нас есть протокол, позволяющий убедиться, что данные не пропущены”, – сказал Цао.

Для получения данных по наиболее важным аспектам эксперимента, по крайней мере, две независимые команды проведут анализ и перепроверят свои результаты.

“Когда эти две группы получат согласованные результаты, мы сможем опубликовать их”, – сказал Цао.

Очоа-Рику из США, которая ранее участвовала в китайском эксперименте в Дайя-Бэй, возглавит анализ данных для JUNO. Он также будет участвовать в анализе данных DUNE.

“Мы приветствуем американцев”, – сказал Ван, являющийся также директором Института физики высоких энергий, китайского аналога Fermilab.