КАЙПИН, Китай – Гигантская сфера на глубине 700 м (2300 футов) под землей с тысячами светоприемных трубок будет запечатана в 12-этажном цилиндрическом бассейне с водой в ближайшие месяцы для 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 решить одну из самых больших загадок в физике элементарных частиц.
Каждую секунду триллионы чрезвычайно маленьких нейтрино проходят через материю, включая человеческое тело. В полете нейтрино, три известных разновидности которого могут трансформироваться в другие типы. Определение того, какие типы являются самыми легкими и самыми тяжелыми, могло бы дать ключ к пониманию субатомных процессов в первые дни существования Вселенной и объяснить, 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 Гуандун, в течение шести лет.
JUNO также сможет наблюдать нейтрино от Солнца, получая представление о солнечных процессах в реальном времени. Он также мог бы изучать нейтрино, выделяющиеся при радиоактивном распаде урана и тория на Земле, чтобы лучше понять мантийную конвекцию, приводящую в движение тектонические плиты.
Вступая в эксплуатацию во второй половине 2025 года, JUNO обгонит гораздо более крупный эксперимент Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), строящийся в Соединенных Штатах. DUNE при поддержке Нейтринной установки с длинной базой (LBNF) при ведущей лаборатории физики элементарных частиц Министерства энергетики США (DOE) Fermilab будет запущена примерно в 2030 году.
Гонка за понимание нейтрино и продвижение исследований физики элементарных частиц, которая изменила технологии медицинской визуализации и разработала новые источники энергии, усилилась, когда Министерство энергетики резко сократило финансирование американских институтов, сотрудничающих с JUNO. Вместо этого компания сосредоточилась на строительстве DUNE, которое с тех пор страдает от задержек и перерасхода бюджета, а затраты взлетели до более чем 3 миллиардов долларов.
«Китай в то время поддерживал LBNF Фермилаба, но позже сотрудничество не могло продолжаться», — сказал Reuters Ван Ифан, главный научный сотрудник и руководитель проекта JUNO, во время недавнего пресс-тура по объекту, поддерживаемого 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.
Напряженность между Китаем и США резко возросла за последнее десятилетие. Во время правления администрации Трампа разразилась торговая война, а президент Джо Байден позже принял жесткие меры против продажи передовых технологий Китаю.
В августе истек срок действия двустороннего договора о сотрудничестве в области науки и технологий, подписанного в 1979 году, что потенциально подтолкнуло больше ученых искать альтернативных партнеров, создавая дублирование в исследованиях и упуская возможность сотрудничества, которое в противном случае могло бы привести к полезным открытиям.
В 2010-х годах страны совместно создали ядерный реактор, который мог бы использовать низкообогащенный уран, сводя к минимуму риск использования любого топлива в качестве оружия.
Министерство иностранных дел Китая заявило, что Пекин «общался» с Вашингтоном по поводу утратившего силу научного соглашения. Госдепартамент США не прокомментировал ситуацию.
ЕДИНСТВЕННЫЙ СОТРУДНИК В США
Учреждения, сотрудничающие с JUNO, происходят из Франции, Германии, Италии, России и США и даже из самоуправляемого Тайваня, 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 те, что во Франции и Японии, будут на два или три года позже нас. Поэтому мы считаем, что можем получить результат иерархии масс (нейтрино) впереди всех», — сказал Ван.
Пока что реальное применение нейтрино остается отдаленной перспективой. Некоторые ученые обдумывали возможность передачи сообщений на большие расстояния с помощью нейтрино, которые проходят через твердую материю, такую как Земля, со скоростью, близкой к скорости света.
Исследователи держатся подальше от политики, чтобы сосредоточиться на науке, хотя они остаются во власти правительств, предоставляющих финансирование.
Одна американская группа остается в JUNO при поддержке Национального научного фонда, который недавно продлил финансирование своего сотрудничества еще на три года, сообщил Reuters ведущий физик группы.
Напротив, более дюжины институтов США участвовали в предшественнике JUNO, эксперименте Дайя Бэй, также в Гуандуне.
«Несмотря на любые политические разногласия, я считаю, что благодаря нашему сотрудничеству в этом научном начинании мы подаем положительный пример, который может способствовать, даже в небольшой степени, сближению наших стран», — сказал Ж. Педро Очоа-Рику из Калифорнийский университет в Ирвайне.
ЦЕЛОСТНОСТЬ ДАННЫХ
Прохождение нейтрино от двух электростанций будет регистрироваться сферическим детектором JUNO массой 600 тонн, который немедленно передаст данные в Пекин в электронном виде. Данные будут одновременно переданы в Россию, Францию и Италию, где к ним смогут получить доступ все сотрудничающие учреждения, сказал Цао Цзюнь, заместитель менеджера JUNO.
Целостность данных вызывает обеспокоенность 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 все данные не пропали», — сказал Цао.
Для получения данных о наиболее важных аспектах эксперимента как минимум две независимые группы проведут анализ с перекрестной проверкой их результатов.
«Когда эти две группы получат согласованный результат, мы сможем его опубликовать», — сказал Цао.
Американский специалист Очоа-Рику, который ранее участвовал в китайском эксперименте в Дайя Бэй, возглавит анализ данных для JUNO. Он также будет участвовать в анализе данных DUNE.
«Мы приветствуем американцев», — сказал Ван, который также является директором Института физики высоких энергий, китайского аналога Фермилаб. РЕЙТЕР