На научно-технологической программе «Большие вызовы» — 2025 в Сириусе школьники разрабатывают и испытывают прототип модульного мюонного детектора. Это специальное устройство, которое регистрирует особые космические частицы — мюоны. Учёные сравнивают их с космическим рентгеном для Земли. Их главная особенность заключается в удивительной способности: они могут замедляться при прохождении через вещество, благодаря чему можно оценить плотность объекта. Благодаря этому свойству мюоны способны «просвечивать» огромные объекты — горы, земные недра и другие природные образования. Это открывает перед исследователями уникальные возможности изучать внутреннюю структуру нашей планеты, находить полезные ископаемые и исследовать подземные слои, не нарушая целостности земной поверхности.
Проект курируют учёные Лаборатории ядерных проблем — одного из ключевых подразделений Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ). Модульный мюонный детектор — это действующая разработка учёных.
«В результате взаимодействия космических лучей с атмосферой возникают вторичные частицы в том числе мюоны, которые достигают поверхности Земли, активно взаимодействуют с веществами и способны проникать на значительную глубину. Именно эта особенность делает крайне важным их обнаружение и изучение. Для решения этой задачи мы разрабатываем специальный мюонный детектор. Такой прибор, в зависимости от задачи, устанавливают на открытой местности, на склонах гор, в шахтах или туннелях», — объясняет руководитель проекта, старший инженер Лаборатории ядерных проблем Объединённого института ядерных исследований Алексей Кузнецов.
На проекте школьники работают над созданием прототипа установки — им предстоит самостоятельно собрать и протестировать прибор, приобрести навыки в электронике, пайке, работе с измерительными приборами, а также напечатать модель на 3D-принтере.
Ярослав Бутырин приехал в Сириус из Орла. Интерес к физике у него появился ещё в дошкольном возрасте — благодаря папе, который привил сыну любовь к науке. Вместе они увлечённо занимались экспериментами: паяли электронные платы, собирали схемы и проводили различные опыты.
Сегодня Ярослав — активный участник множества физических олимпиад. На программу «Большие вызовы» он приехал, чтобы развить свои навыки в проектной деятельности.
«В корпусе нашего устройства мы сделали 24 пары отверстий, расположенных друг напротив друга — это нужно, чтобы понимать направление движения мюона. В зависимости от наших задач мы можем гибко менять расположение сцинтилляторов и фотодетекторов в корпусе, что позволяет адаптировать детектор под конкретную задачу», — поясняет Ярослав.
Задача команды на программе — собрать корпус детектора и спаять его материнскую плату, а также запрограммировать платы так, чтобы они определяли направление пролёта мюонов по совпадениям сигналов в парных сцинтилляторах. В рамках программы школьники под руководством учёных проведут и первые испытания — попробуют определить мюонный фон в горной местности недалеко от Образовательного центра «Сириус».
Кстати, прямо во время программы участники выдвинули интересную идею нового применения мюонного детектора — прогнозирование погоды. Изучая научную литературу, школьники обнаружили интересную закономерность: скопление облаков влияет на уровень мюонного фона, снижая его интенсивность. Такой вывод позволил сформулировать гипотезу: если детектор фиксирует уменьшение количества мюонов, это может означать приближение непогоды.
Наработки, сделанные на программе, будут использованы специалистами уже для создания рабочего прибора.
