По словам одного из исследователей, участвующих в проекте, Джорджио Риккобене (Giorgio Riccobene), KM3NeT по масштабу работ и размаху окажется второй конструкцией в истории после Великой китайской стены. Возможно, это некоторое преувеличение (достаточно вспомнить такие колоссы, как плотины ГЭС), и всё таки кубические километры, заполненные электроникой, – амбициозный проект.

Cхема установки. Инженеры предусмотрели размещение всего массива колонн в виде круга или многоугольника в плане. На врезке показаны детекторы, призванные ловить следы от взаимодействия космических частиц и колоссальной массы воды (иллюстрация KM3NeT).

Подводный телескоп должен содержать до 320 вертикальных конструкций – так называемых единиц обнаружения. Каждая представляет собой набор тросов длиной 900 метров. Тросы эти будут закреплены на дне при помощи массивных якорей, а в вертикальном положении их будут поддерживать многометровые поплавки.

Любопытно, что помимо изучения космоса установка KM3NeT поможет в исследованиях моря. Подводные гирлянды оснастят приборами для контроля за параметрами среды, телескоп также будет записывать песни китов и следить за глубоководными биолюминесцентными организмами (иллюстрация Marco Kraan, Nikhef).

На этих почти километровых струнах должны быть установлены так называемые этажи – шестиметровые поперечные рамы DOMBAR с двумя цифровыми оптическими модулями DOM на концах (как вариант возможны другие схемы размещения, вроде колец с фотодетекторами по периметру или треугольных рамок).

Как и собратья, KM3NeT должен ловить взаимодействие нейтрино с земным шаром, в данном случае — с толщей воды и даже дна (жёлтая звёздочка). Такое событие порождает заряженные частицы (например, мюоны), движущиеся быстрее скорости света в данной среде (синяя линия). При этом частицы генерируют черенковское излучение, которое и ловят фотоумножители (иллюстрация KM3NeT).

Предполагается, что всего на каждой вертикальной гирлянде будет 20 этажей, разделённых расстоянием в 40 метров. Нижний этаж должен располагаться в ста метрах от дна моря. Огромная толща воды сверху (от полутора километров и больше) защитит детекторы от солнечного света.

Вертикальный лес из множества кабелей будет снабжён чем-то вроде ступенек лестницы, несущих модули с электроникой (иллюстрации KM3NeT).

Каждый оптический модуль DOM – это прочная сфера диаметром 43 сантиметра, в которой размещён 31 фотоэлектронный умножитель и сопутствующая электроника.

Сделаны эти сферы будут из боросиликатного стекла и рассчитаны на давление при глубине в несколько километров. Причём отверстия для входа и выхода кабелей будут минимизированы по диаметру, для большей прочности всей конструкции.

Помимо фотосенсоров сферы DOM содержат платы для считывания и передачи сигналов, различные калибровочные датчики, систему контроля за точным положением шара в пространстве и другие компоненты (иллюстрация KM3NeT).

Нетрудно посчитать, что по общему числу детекторов черенковского излучения (под четыреста тысяч — окончательный параметр будет ещё уточнён) новый нейтринный телескоп превзойдёт любого существующего собрата.

Но учёные объясняют, что средиземноморский титан будет самым передовым не только из-за размеров. Так, по угловому разрешению в 0,1 градуса (для нейтрино с энергией больше 10 ТэВ) он в десять раз превзойдёт IceCube, работающий во льду (лёд куда более неоднородная среда). У новичка должны быть хорошие параметры и по диапазону энергий нейтрино (начиная от сотен ГэВ и на несколько порядков выше). А ещё новый прибор будет чувствителен к нейтрино всех ароматов, уточняют физики.

Институты консорциума в течение нескольких лет проверяли технические решения для KM3NeT на трёх пилотных детекторах нейтрино, построенных в Средиземном море. Это ANTARES, NEMO и NESTOR.

ANTARES – крупнейший ныне нейтринный телескоп в северном полушарии. И всё же именно на KM3NeT астрофизики возлагают особые надежды. Вместе с «ледяным кубом» в Антарктике он составит «глобальный телескоп», способный осматривать всё небо в поисках далёких источников нейтрино (фотографии ANTARES, CNRS, Camille Moirenc, IN2P3, CPPM, CEA Irfu, L. Fabre, NEMO, I. Perrone).

В ходе предварительных исследований авторы KM3NeT опробовали в открытом море оригинальный способ развёртывания кабелей с шариками-детекторами при помощи вращающегося контейнера (иллюстрации KM3NeT, Marijn van der Meer, Quest).

Консорциум полагает, что KM3NeT откроет новое окно во Вселенную. Телескоп на дне моря будет ловить нейтрино, возникающие в далёких гамма-вспышках, взрывах сверхновых, столкновениях звёзд.

KM3NeT сможет эффективно фиксировать потоки трудноуловимых частиц от пульсаров и микроквазаров. Он даже попробует поймать нейтринные пучки, испускаемые галактическим ядром.

Сигналы с каждой единицы обнаружения будут собираться в несколько узлов, расположенных на дне, и, в конечном счёте, переправляться на берег. Авторы системы рассматривают две схемы прокладки кабелей с единым центром или внешним кольцом (иллюстрации KM3NeT).

Для прокладки кабелей по дну моря авторы супертелескопа предполагают использовать дистанционно управляемые аппараты Cougar. Они пригодятся и для контроля за состоянием телескопа (фото с сайта seaeye.com).

Авторы затеи также надеются, что этой установке посчастливится впервые поймать нейтрино, возникающие при распаде гипотетических пока частиц нейтралино — кандидатов на составляющую тёмной материи.

В общем, гигант должен продвинуть вперёд астрофизику и космологию, физику высоких энергий и исследования космических лучей.

Место установки супертелескопа ещё не выбрано. Учёные рассматривают три района: близ Тулона (треугольник на схеме), Капо-Пассеро (квадрат) и Пилоса (кружок). Причём последний вариант предусматривает четыре возможных участка. Глубины моря в этих районах составляют от 2,48 до 5,2 километра, а расстояния от предполагаемого расположения обсерватории до берега (оно важно, ведь по дну придётся тянуть кабели) колеблется от 15 до 100 км (иллюстрация KM3NeT).

В минувшем ноябре итальянское министерство образования и исследований (MIUR) одобрило выделение 20,8 миллиона евро для создания и развёртывания первых 30 единиц обнаружения KM3NeT. Общий бюджет строительства комплекса оценивается в 220-250 миллионов.

Специально для развёртывания колоссальных подводных гирлянд европейцы построили большую плавающую платформу (фотографии KM3NeT).

Выбор окончательного дизайна системы и места её расположения должен состояться в конце 2011 или начале 2012 года (примерно до марта всё должно решиться). Вскоре после этого можно будет начать строить удивительный колосс.

Первые научные результаты от установки исследователи ожидают получить в 2014 году. При этом учёные подчёркивают преимущество модульной схемы: даже при развёртывании только части запланированных гирлянд с детекторами KM3NeT станет одним из самых мощных инструментов в своём роде.