ИСТИНА

Проект направлен на разработку методики регистрации космических лучей, нейтрино и фотонов предельно высоких энергий орбитальными детекторами ―КЛПВЭ и JEM-EUSO. Актуальность данной задачи связана с тем, что в последнее время в астрофизике приобрели особое значение т.н. комплементарные (multi-messenger) исследования, сочетающие наблюдение как ―традиционных адронных космических лучей, так и нейтрино и фотонов, которые могут дать важную дополнительную информацию о процессах распространения и ускорения космических лучей и их возможных источниках, что, в свою очередь, необходимо для решения задачи происхождения космических лучей предельно высоких энергий и целого ряда других научных задач. Орбитальные детекторы, обладающие соответствующими техническими характеристиками, предоставляют в данной области такие возможности исследований, которые недостижимы на существующих наземных установках. В ходе выполнения проекта предполагается, в частности, создание ―интеллектуальной триггерной системы, которое включает в себя моделирование прохождения КЛ ПВЭ, нейтрино и гамма квантов высоких энергий через атмосферу Земли, выделение особенностей треков событий и УФ фона атмосферы,моделирование процесса регистрации и распознавания образа и проработку алгоритмов отбора событий, реализацию данных алгоритмов в электронике фотоприемника с использованием последних достижений микроэлектроники (микросхем с совмещенными ПЛИС и процессором в одном чипе).

The project is aimed at developing a technique for measuring of cosmic rays, neutrinos and photons with extremely high energies by the orbital detectors - KLYPVE and JEM-EUSO. Orbital detectors provide in this area of research capabilities that are not achievable in existing ground installations.

1) Построение теоретических моделей популяции источников КЛ ПВЭ, согласующихся с современными экспериментальными данными по спектру, составу и анизотропии КЛ ПВЭ, спектру нейтрино и диффузного гамма излучения. Изучение факторов, влияющих на спектр, состав и анизотропию КЛ ПВЭ, таких как галактическое и межгалактическое магнитные поля, внегалактический фоновое излучение и др. 2) Моделирование отклика орбитального детектора “КЛПВЭ” на события типа широких атмосферных ливней (ШАЛ) от адронов, нейтрино, фотонов, релятивистских пылинок и микрометеоритов в различных условиях фонового свечения ночной атмосферы Земли. 3) Разработка “интеллектуальной” триггерной системы орбитального детектора “КЛПВЭ”, ориентированной на регистрацию ШАЛ, порождаемых адронами, нейтрино и фотонами предельно высоких энергий на пространственно-неоднородном и нестационарном фоне, включая треки от электронных нейтрино с двумя и более пиками в продольных профилях (кривых светимости). 4) Разработка методики регистрации восходящих ШАЛ, порождённых тау-нейтрино, прошедшими через слой земной коры, мирового океана или антарктического льда с помощью орбитального детектора КЛ ПВЭ. 5) Разработка алгоритмов реконструкции энергии первичных нейтрино и фотонов ПВЭ, зарегистрированных орбитальными детекторами “КЛПВЭ” и JEM-EUSO. 6) Макетирование фотоприемника детектора “КЛПВЭ” на основе нескольких модулей фотоприемника и отработка алгоритмов быстрой передачи триггерной информации с целью оптимизации работы прибора (регистрации “длинных горизонтальных ШАЛ”, событий, лежащих на границе полей зрения модулей фотоприемника, а также ШАЛ, имеющих сложную временную структуру). 7) Обработка экспериментальных данных орбитального детектора КЛ ПВЭ “ТУС”. Анализ ультрафиолетового (УФ) фона ночной атмосферы Земли. Построение феноменологической модели пространственно-неоднородного и нестационарного УФ фона ночной атмосферы для использования в программах, моделирующих работу орбитальных детекторов “КЛПВЭ” и JEM-EUSO. Выработка рекомендаций к работе триггерной системы, обеспечивающей низкую частоту случайных срабатываний. 8) Анализ эффективности детектора для регистрации/исследования более медленных процессов в атмосфере Земли с линейным паттерном трека (космическая пыль, микрометеориты и т.п.).

На протяжении ряда лет в НИИЯФ МГУ разрабатывается методика регистрации быстрых оптических процессов в атмосфере Земли с борта искусственных спутников. Среди оптических процессов особый интерес представляют флуоресцентное свечение ШАЛ и высоко-атмосферные разряды (транзиентные оптические явления). В последнее десятилетие было разработано и создано несколько приборов для регистрации излучения на ночной стороне орбиты. Первый прототип – детектор УФ излучения – был запущен на борту спутника “Университетский-Татьяна”, детектор имел лишь один канал измерения в УФ диапазоне. Второй детектор, созданный в НИИЯФ МГУ для изучения свечения атмосферы, – детектор УФ и инфракрасного (ИК) излучения – входил в состав научной аппаратуры спутника “Университетский-Татьяна-2”. С помощью приборов на спутниках “Татьяна” и “Татьяна-2” получены данные об уровне фона на ночной части орбиты для орбитальных исследований КЛ ПВЭ, а также накоплен научный материал по вспышечным явлениям, который уже позволяет произвести оценку их влияния на работу орбитальных детекторов космических лучей. В 2014 году в течение 4 месяцев на околоземной орбите работал спутник “Вернов”, в составе научной аппаратуры которого также был детектор УФ и ИК свечения ночной атмосферы Земли. 28 апреля 2016 года с космодрома Восточный был запущен на орбиту в составе спутника “Ломоносов” детектор космических лучей предельно высоких энергий “ТУС” (первый в мире орбитальный телескоп, нацеленный на регистрацию КЛ ПВЭ), который состоит из зеркала-концентратора френелевского типа (площадь 2 кв.м) и фотоприемника из 256 каналов регистрации сигнала в УФ диапазоне. В ходе подготовки этого эксперимента был разработан многоуровневый триггер для отбора событий разной длительности (события типа ШАЛ, транзиентные атмосферные явления, метеоры).