У Китаї стартувала наукова програма нової установки для реєстрації космічних частинок LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory - велика високогірна обсерваторія атмосферних злив). До моменту повноцінного введення в дію, що за планами має відбутися в 2021 році, LHAASO стане найбільш чутливим детектором космічних променів - які прилітають з далекого космосу на Землю потоків масивних частинок високої енергії. Про це повідомляється на офіційному сайті установки.
Космічні промені - це масивні частинки, такі як протони і ядра гелію, прискорені до дуже високих енергій в астрофізичних умовах. Серед них зустрічаються володіють енергією, що на багато порядків перевищує доступну на сьогоднішніх колайдерах. При зіткненні з атомами і молекулами в атмосфері Землі такі частинки породжують каскад ядерних реакцій, в результаті якого на помітну площу поверхні випадають їхні продукти - широка атмосферна злива.
Багато питань про фізику космічних променів як і раніше залишаються без відповіді. Зокрема, досі точно не відомі їхні джерела та особливості прискорення. Вважається, що за це відповідальний механізм Фермі, який теоретично дозволяє розганяти частинки до високих енергій при багаторазовій взаємодії з ударними хвилями. Подібні умови можуть виникати в оболонках наднових або в джетах активних галактик, але спостережливих даних поки недостатньо для однозначних висновків.
Існує кілька методів вивчення космічних променів, так чи інакше заснованих на стеженні за «осколками» ядерних реакцій. Одним із способів є створення черенківських телескопів. Це схожі на астрономічні прилади інструменти, вони також вловлюють електромагнітне випромінювання, але не від зірок, а від заряджених частинок, що рухаються в атмосфері зі швидкістю, що перевищує швидкість світла в даному середовищі. У такому випадку породжується черенківське випромінювання, яке і реєструють дані телескопи. Вони відрізняються від астрономічних інструментів поганою кутовою, але надзвичайно хорошою тимчасовою роздільною здатністю, оскільки спалахи від частинок тривають одиниці наносекунд. Також для впевненої реєстрації необхідно побудувати масиви таких приладів, через широкий конус розчину продуктів ядерних реакцій. Однак такі прилади можуть допомогти і класичній астрономії - нещодавно з їх допомогою вдалося безпосередньо виміряти розміри двох зірок.
Іншим схожим методом реєстрації є вивчення черенківського випромінювання у воді. Як мішені в такому випадку можуть використовуватися як природні водойми (Baikal-GVD), так і спеціальні наповнені баки (HAWC). У такому випадку реєструється світіння, що виникає при потраплянні частинок у рідину. Основна частина нового детектора LHAASO належить до останнього типу, проте в обсерваторію входять і інші інструменти, в тому числі черенківські телескопи. Установка розташована на висоті 4410 метрів над рівнем моря в китайській провінції Сичуань. На даний момент завершено перший етап будівництва, в рамках якого розпочато збір даних з 900 приймачів, розташованих на площі 22500 квадратних метрів, в яких сумарно міститься 10 тисяч тонн надчистої води.
З урахуванням обертання Землі установка зможе приймати сигнал з 60 відсотків неба щодня. Її ефективність не залежить від часу доби, погоди, наявності Місяця та інших факторів, що потенційно забезпечує безперервний збір статистики. У проекті бере участь кілька наукових установ з різних країн, у тому числі Інститут ядерних досліджень РАН.
У повномасштабній LHAASO буде втричі більше водяних цистерн на площі 78 тисяч квадратних метрів, а також 12 широкопідлогових черенківських телескопів, 5195 сцинтиляційних і 1171 мюонних детекторів на площі в 1,3 квадратних кілометри. Така обсерваторія реєструватиме близько 5 трильйонів випадків здобуття частинок космічних променів з атмосферою на рік. Очікувана чутливість для гамма-випромінювання високих енергій (більше 50 гігаелектронвольт) складе близько сотої краба, тобто в 100 разів менше яскравості Крабовидної туманності - стандартного об'єкта для вивчення в даному діапазоні. Також стане можливим побудова спектра джерел аж до енергій в 50 тераелектровольт, що є рекордними значеннями.
Астрофізики лише недавно почали отримувати докази неоднорідності в напрямку прильоту високоенергетичних космічних променів, що повинно допомогти розкрити природу їхніх джерел. Також для особливого виду частинок - нейтрино - в одному вдалося точно встановити джерело.