В Институте космофизики НИЯУ МИФИ создан действующий прототип гамма-телескопа, который по ключевому параметру превосходит американский аналог «Ферми». Российский прибор способен с беспрецедентной точностью отличать гамма-кванты от космических заряженных частиц благодаря уникальной времячувствительной антисовпадательной защите с временным разрешением в сотни пикосекунд. Это решает проблему «эффекта обратного тока», из-за которой зарубежный телескоп теряет часть полезного сигнала. Новый телескоп, который планируется отправить в космос, сможет решать задачи от изучения гамма-всплесков и пульсаров до поиска тёмной материи. Разработка прошла калибровку на ускорительном комплексе «Пахра» в Троицке, подтвердившую оптимальность технологических решений. В МИФИ также создаются малые детекторы для спутников «Наталия» и «Надежда».
В лаборатории Института космофизики НИЯУ МИФИ разработан действующий прототип перспективного гамма-телескопа. Прибор, который планируется отправить в космос, способен изучать гамма-всплески, пульсары, ядра галактик и даже искать тёмную материю. Главная проблема гамма-астрономии в том, что гамма-излучение невозможно сфокусировать из-за его сверхкороткой длины волны (меньше межатомных расстояний). Поэтому телескопы определяют направление гамма-кванта косвенно: квант попадает на конвертер из вольфрама, рождает электрон-позитронную пару, заряженные частицы оставляют треки, которые регистрирует времяпролётная система. По этим трекам восстанавливают направление первичного кванта.
Однако космическое пространство пронизано не только гамма-квантами, но и заряженными частицами (протоны, электроны). Чтобы отличить одни от других, в телескопе предусмотрена антисовпадательная защита из пластиковых детекторов. Гамма-квант с ней не взаимодействует, а заряженные частицы — взаимодействуют. Если частица зарегистрирована одновременно в двух подсистемах, значит, это не гамма-квант. Но тут есть подвох — «эффект обратного тока». После того как электрон-позитронная пара регистрируется времяпролётной системой, она попадает в калориметр, где порождает ливень. Часть вторичных частиц летит назад и попадает в антисовпадательную защиту, создавая ложное впечатление, что это были заряженные частицы. Американский телескоп «Ферми» из-за этого эффекта теряет часть полезных событий.
Старший преподаватель кафедры экспериментальной ядерной физики и космофизики Ирина Архангельская поясняет: «Наше главное отличие от конкурентов — мы сделали антисовпадательную защиту времячувствительной. Она имеет временное разрешение в несколько сот пикосекунд». Если срабатывание антисовпадательной системы происходит с задержкой в несколько наносекунд относительно времяпролётной системы (что соответствует времени прохождения частицы от верхнего детектора до калориметра и обратно), значит, это обратный ток, и значит, мы имеем дело с гамма-излучением. «Фотон высокой энергии напрямую не взаимодействует с антисовпадательной защитой, только образовавшиеся после конверсии электрон и позитрон регистрируются в ВПС. Наша система чётко разделяет эти события во времени», — добавляет учёный.
Недавно действующий прототип детектирующих систем прошёл калибровку на ускорительном комплексе «Пахра» в Троицке, что подтвердило оптимальность используемых технологических решений. Главная сверхзадача телескопа — зарегистрировать тёмную материю. Но на пути к этому прибор будет решать и более прикладные задачи: изучать параметры высокоэнергетического гамма-излучения пульсаров, изменение спектров солнечного гамма-излучения во время вспышек, а также исследовать загадочные гамма-всплески неизвестной природы. Вес прибора в итоге достигнет около двух тонн.
Помимо тяжёлого гамма-телескопа, в лаборатории перспективных детекторов элементарных частиц для космофизических исследований (руководитель — старший научный сотрудник кафедры экспериментальной ядерной физики и космофизики доцент Андрей Майоров) разрабатываются небольшие спутниковые детекторы для малых космических аппаратов «Наталия» и «Надежда». Основателями проекта «ГАММА-400» были академик и нобелевский лауреат В.Л. Гинзбург и профессор Л.В. Курносова (ФИАН). С 2009 года научным руководителем проекта являлся профессор А.М. Гальпер (НИЯУ МИФИ), который в 2019 году был удостоен золотой медали имени Д.В. Скобельцына за выдающийся вклад в развитие космических методов исследований в области астрофизики космических лучей и гамма-астрономии.
