Στη λίμνη Βαϊκάλη της Ρωσίας, τη βαθύτερη του κόσμου, γυάλινες σφαίρες μεγέθους μιας μπάλας παραλίας βυθίζονται σε μια τρύπα στον πάγο και κατεβαίνουν με ένα μεταλλικό καλώδιο προς τον πυθμένα. Αυτές οι σφαίρες ανίχνευσης φωτός ακινητοποιούνται σε βάθη έως και 1,2 χλμ. κάτω από την επιφάνεια. Το καλώδιο που τις μεταφέρει υποστηρίζει 36 τέτοιες σφαίρες. Εξήντα τέσσερα τέτοια καλώδια συγκρατούνται στη θέση τους από άγκυρες και σημαδούρες, 3,2 χλμ. μακριά από τη νότια ακτή της Βαϊκάλης, στη Σιβηρία. Ο πυθμένας της λίμνης βρίσκεται σε βάθος 1,6 χιλιομέτρου.
Η εγκατάσταση αυτή αποτελεί ένα εντελώς ασυνήθιστο τηλεσκόπιο, το μεγαλύτερο του είδους του στο βόρειο ημισφαίριο, που κατασκευάστηκε για να εξερευνήσει μαύρες τρύπες, μακρινούς γαλαξίες και απομεινάρια αστεριών που έχουν ήδη εκραγεί στο μακρινό Διάστημα. Τα τηλεσκόπια αυτού του είδους αναζητούν νετρίνα, κοσμικά σωματίδια τόσο μικροσκοπικά και τόσο μη ευαίσθητα στις συνήθεις αλληλεπιδράσεις, που πολλά τρισεκατομμύρια από αυτά περνούν μέσα από τον καθένα μας κάθε δευτερόλεπτο, χωρίς να το καταλαβαίνουμε. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, αν μάθουμε να διαβάζουμε τα μηνύματα που φέρουν τα νετρίνα, θα καταφέρουμε να χαρτογραφήσουμε το σύμπαν και την ιστορία του.
«Δεν πρέπει ποτέ να χάνεις την ευκαιρία να διερωτάσαι στη φύση. Ποτέ δεν ξέρεις τι απάντηση θα πάρεις», δήλωσε ο 80χρονος Ρώσος φυσικός Γκριγκόρι Β. Ντομογκάτσκι, ο οποίος ηγείται του μεγάλου ερευνητικού προγράμματος στη Βαϊκάλη εδώ και 40 χρόνια. Το τηλεσκόπιο του δρος Ντομογκάτσκι και των συνεργατών του είναι ακόμη υπό κατασκευή, αλλά πλησιάζει την ολοκλήρωσή του. Λειτουργεί συμπληρωματικά ως προς το IceCube, το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο νετρίνων του κόσμου, ενός αμερικανικού προγράμματος αξίας 279 εκατ. δολαρίων στην Ανταρκτική. Χρησιμοποιώντας πλέγμα ανιχνευτών φωτός παρόμοιο με αυτό στη Βαϊκάλη, το IceCube εντόπισε το 2017 ένα νετρίνο που πιστεύεται ότι προήλθε από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα.
Στη δεκαετία του 1970, παρά τον Ψυχρό Πόλεμο, Αμερικανοί και Σοβιετικοί συνεργάζονταν για να σχεδιάσουν έναν πρώτο ανιχνευτή νετρίνων στα ανοικτά της Χαβάης. Ωστόσο, μετά την εισβολή της Σοβιετικής Ενωσης στο Αφγανιστάν, οι Σοβιετικοί απομακρύνθηκαν από το έργο. Ετσι, το 1980, το Ινστιτούτο Πυρηνικής Ερευνας στη Μόσχα ξεκίνησε τη δική του προσπάθεια, με επικεφαλής τον δρα Ντομογκάτσκι.
Το έργο δεν προχώρησε πολύ πέρα από τον σχεδιασμό, μέχρι την κατάρρευση της Σοβιετικής Ενωσης. Ωστόσο, ένα γερμανικό ινστιτούτο, που σύντομα έγινε μέρος του ερευνητικού κέντρου στοιχειωδών σωματιδίων DESY, εντάχθηκε στην προσπάθεια των Ρώσων. Ο αρχηγός της γερμανικής ομάδας Κρίστιαν Σπίρινγκ θυμάται πως έστελνε εκατοντάδες κιλά βουτύρου, ζάχαρης, καφέ και λουκάνικων για να βοηθήσει τις ετήσιες χειμερινές αποστολές στην παγωμένη Βαϊκάλη και έφερε στη Μόσχα μετρητά αξίας χιλιάδων δολαρίων για να ενισχύσει τους πενιχρούς μισθούς των Ρώσων επιστημόνων.
Το ταξίδι των νετρίνων
Καθώς η Ρωσία άρχισε να επενδύει ξανά στην επιστήμη, συμπεριλαμβανομένης της βασικής έρευνας, τη δεκαετία του 2000 υπό τον πρόεδρο Βλαντιμίρ Πούτιν, ο δρ Ντομογκάτσκι κατάφερε να εξασφαλίσει χρηματοδότηση για να κατασκευάσει ένα νέο τηλεσκόπιο, τόσο μεγάλο όσο το IceCube. Η κατασκευή ξεκίνησε το 2015 και μια πρώτη φάση, που αφορά 2.304 σφαίρες ανίχνευσης φωτός οι οποίες τοποθετούνται στα βάθη της λίμνης, προγραμματίζεται να ολοκληρωθεί την εποχή που ο πάγος θα λιώσει, τον Απρίλιο.
Το τηλεσκόπιο συλλέγει δεδομένα εδώ και χρόνια, ερευνώντας από τα έγκατα της Γης το κέντρο του γαλαξία μας και τα βάθη του Διαστήματος. Ουσιαστικά, χρησιμοποιεί τη Γη σαν ένα τεράστιο κόσκινο. Ως επί το πλείστον, μεγαλύτερα σωματίδια που χτυπούν την αντίθετη πλευρά του πλανήτη συγκρούονται κάποια στιγμή με άτομα και παρεκκλίνουν από τη διαδρομή τους. Αντίθετα, όλα τα νετρίνα συνεχίζουν να ταξιδεύουν ανεμπόδιστα σε μια, ουσιαστικά, ευθεία γραμμή.
Οταν ένα νετρίνο αλληλεπιδρά με έναν ατομικό πυρήνα στο νερό, παράγει έναν κώνο μπλε φωτός που ονομάζεται ακτινοβολία Τσερένκοφ. Εάν παρακολουθήσει κανείς αυτές τις ασυνήθιστα μικροσκοπικές αναλαμπές σε δισεκατομμύρια τόνους νερού, πολλοί φυσικοί πιστεύουν ότι τελικά θα βρει νετρίνα τα οποία θα μπορούν να συνδεθούν με τις κοσμικές εκρήξεις που τα γέννησαν, δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.
Ο προσανατολισμός των μπλε κώνων φωτός αποκαλύπτει ακόμη και την ακριβή κατεύθυνση από την οποία προήλθαν τα νετρίνα. Καθώς δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, τα παράξενα αυτά σωματίδια δεν επηρεάζονται από διαστρικά και διαγαλαξιακά μαγνητικά πεδία ή από άλλες αλληλεπιδράσεις που τροποποιούν τις διαδρομές άλλων τύπων σωματιδίων, όπως τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια. Τα νετρίνα ταξιδεύουν στο σύμπαν σε ευθεία γραμμή, τουλάχιστον όσο το επιτρέπει η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν. «Ταξιδεύει στο σύμπαν και δεν συγκρούεται με σχεδόν τίποτα και κανέναν», δηλώνει χαρακτηριστικά ο δρ Ντομογκάτσκι. «Για το νετρίνο, το σύμπαν είναι ένας διαφανής κόσμος».
Ελληνικό πρόγραμμα
Δεκάδες παρόμοια τηλεσκόπια με εκείνο στη λίμνη Βαϊκάλη αναζητούν τα κοσμικά σωματίδια σε εξειδικευμένα εργαστήρια σε όλον τον πλανήτη. Ενα από αυτά είναι το ελληνικό πρόγραμμα NESTOR (Neutrino Extended Submarine Telescope with Oceanographic Research), βυθισμένο στο βαθύτερο σημείο της Μεσογείου, το φρέαρ των Οινουσσών, ανοικτά των ακτών της Πύλου. Με εμπνευστή τον (ομότιμο, σήμερα) καθηγητή του Πανεπιστημίου Αθηνών Λεωνίδα Ρεσβάνη, τέθηκε σε εφαρμογή το 2003 και αποτελεί τον πρώτο υποθαλάσσιο ανιχνευτή νετρίνων στην Ευρώπη. Σήμερα, το ευρωπαϊκό πρόγραμμα KM3NeT συνδυάζει εκείνα των τηλεσκοπίων ANTARES (στα ανοικτά της Γαλλίας), NEMO (πρόκειται να ποντιστεί στα ανοικτά των ακτών της Ιταλίας) και του NESTOR, σε μια διεπιστημονική συνεργασία μεταξύ Γαλλίας, Ιταλίας και Ελλάδας, υπό την αιγίδα του Εθνικού Κέντρου Ερευνας Φυσικών Επιστημών «Δημόκριτος». Το KM3NeT θα αναζητήσει νετρίνα από μακρινές αστροφυσικές πηγές, όπως υπολείμματα σουπερνόβα, εκρήξεις ακτίνων γάμα ή συγκρούσεις αστέρων, και θα είναι ένα ισχυρό εργαλείο στην αναζήτηση σκοτεινής ύλης του σύμπαντος. Η ερευνητική υποδομή θα φιλοξενήσει, επίσης, εξοπλισμό για άλλες επιστήμες, όπως η θαλάσσια βιολογία, η ωκεανογραφία και η γεωφυσική, για παρακολούθηση του περιβάλλοντος βαθέων υδάτων και του βυθού της θάλασσας σε βάθος πολλών χιλιομέτρων.