Приключение за неуловимой нейтрино в недра Баксанской нейтринной обсерватории

Наука и жизньНаука

Новая физика рождается под землёй

Вход в подземный зал галлий-германиевого нейтринного телескопа.

Потоки нейтрино пронизывают нашу планету насквозь, оставаясь практически незамеченными. Чтобы зафиксировать следы редких взаимодействий неуловимой частицы с земным веществом, приборы для регистрации нейтрино размещают в толще воды, льда или в скальных породах. На страницах «Науки и жизни» опубликовано немало материалов о том, что такое нейтрино, как эту частицу предсказали теоретически, как открыли и как изучают. А сейчас предлагаем отправиться на экскурсию в недра горы, где расположена Баксанская нейтринная обсерватория Института ядерных исследований РАН (БНО ИЯИ РАН).

По земле и под землёй плутала Наталия Лескова в сопровождении фотографа Андрея Афанасьева.

Когда мы ехали из аэропорта «Минеральные воды» в Баксанское ущелье, таксист всю дорогу рассказывал удивительные истории — про «чёрного альпиниста» и про четырёхэтажный дом внутри горы, в котором живут какие-то странные люди. Последнее — чистая правда: такая гора действительно существует, только люди там не живут, а работают.

Ещё в 1970-е годы внутри горы Андырчи, что в Баксанском ущелье, московскими и бакинскими метростроевцами была прорублена штольня длиной четыре километра, проложены рельсы и пущены вагонетки, которые возили сотрудников будущих лабораторий Баксанской нейтринной обсерватории на работу. Эта обсерватория стала первой и единственной в мире, где тоннель был проложен специально для научных целей. При входе в штольню даже красуется буква М — как в метро. А наверху появился населённый пункт для учёных и их семей — посёлок Нейтрино со своей инфраструктурой.

Грохочущие вагонетки исправно возят людей и сейчас. Прокатиться по этой необычной железной дороге — незабываемое приключение, особенно когда осознаёшь, что действительно въезжаешь внутрь горы, в настоящее научное подземное царство.

Внутри горы

Главный зал комплекса галлий-германиевого нейтринного телескопа (ГГНТ).

На самом деле БНО — целый комплекс наземных и подземных сооружений, обойти и объехать которые за один день проблематично. Каждое из них выполняет свои важные функции. Нам посчастливилось побывать в трёх таких лабораториях. Первая — знаменитый галлий-германиевый нейтринный телескоп (ГГНТ), цель которого — регистрировать нейтрино, идущие от нашего светила.

Задача нетривиальная, ведь нейтрино почти неуловимы и почти невесомы. Ключевое слово тут — «почти». Долгое время считалось, что нейтрино не имеют массы. И это утверждение соответствует Стандартной модели. Но потом оказалось, что всё совсем не так. «Взвесить» нейтрино и тем самым расширить Стандартную модель, шагнув в так называемую Новую физику, стало одной из самых амбициозных задач современной науки.

Александр Шихин, научный сотрудник лаборатории ГГНТ, показывает нам одну из комнат систем регистрации. Фактически это сердце лаборатории, в которой происходит счёт событий распада радиоактивного германия-71. Он образуется в галлиевой мишени под воздействием нейтринного потока. «Нейтрино взаимодействует с веществом с помощью одного из четырёх фундаментальных видов взаимодействия — слабого, — объясняет Александр Шихин. — Оно характеризуется чрезвычайно малой вероятностью того, что нейтрино, пролетая вблизи ядра какого-нибудь элемента, будет захвачено этим ядром».

Единого нейтрино ради

Как выглядят реакторы галлий-германиевого детектора нейтрино, показывает ведущий инженер-технолог Ольга Александровна Жорова.

Нейтрино рассеивается на электронах и может взаимодействовать с ядрами атомов, но вероятность этих процессов чрезвычайно мала. Зато через каждый квадратный сантиметр поверхности любого тела каждую секунду пролетает порядка 1012 нейтрино. Солнце излучает электронные нейтрино, и поэтому детектор настроен именно на взаимодействие с электронными нейтрино малых энергий. «Ближайшая к нам звезда имеет преимущество в этом смысле — она излучает основное количество нейтрино, которое достигает точки наблюдения, — говорит Александр Шихин. — За четыре недели экспозиции в 50 тоннах галлиевой мишени накапливается около полутора десятков атомов германия-71, которые образуются при взаимодействии нейтрино с ядром галлия-71 путём обратного бета-распада».

Эти атомы извлекаются из галлия с помощью радиохимических процедур и попадают на установку синтеза. На ней синтезируется рабочий газ моногерман (GeH4). Он в смеси с высокочистым ксеноном закачивается в пропорциональный счётчик, в котором регистрируются распады германия-71. Счётчик — это газовый детектор объёмом всего 0,5 см3.

Установка синтеза моногермана и заполнения пропорциональных счётчиков. За её работой наблюдает Илья Наумович Мирмов, старший научный сотрудник лаборатории ГГНТ.
В руках у Александра Александровича Шихина — низкофоновый миниатюрный пропорциональный счётчик.

Александр Шихин бережно достаёт из сейфа коробочку и показывает счётчик как великую драгоценность. Счётчик сделан из синтетического кварца. Всего один человек в мире умел делать эти счётчики — Виктор Эдуардович Янц, сотрудник Института ядерных исследований РАН. Но он уже ушёл из жизни, и теперь такие счётчики не умеет делать никто. «Тут, кроме умения работать головой и руками, есть ещё дар божий, чутьё какое-то, — поясняет Александр. — Маленький объём, толщина стенок — всего 100 мкм. Катод счётчика — это углеродная плёнка, осаждённая методом разложения органического газа, например изобутана, на внутренней поверхности этой цилиндрической колбочки. Плёнка имеет толщину всего долю микрона. От катода счётчика делается электрический вывод в виде тонкой вольфрамовой проволочки. А анод представляет собой 10-микронную вольфрамовую проволоку, которая натянута строго по диаметру цилиндра. На концах цилиндр имеет сужение — чтобы компенсировать краевые эффекты, искажение электрического поля. Всё это должно быть выдержано в десятых долях миллиметра, а делается обычным стеклодувным способом и собирается руками. Мы бережём счётчики как зеницу ока». У этого чудо-изделия есть ещё одно свойство: очень низкий радиоактивный фон.

Время измерения распада радиоактивного германия длится пять месяцев. Его извлечение из мишени идёт сутки. А период полураспада германия-71 — одиннадцать дней. В счётчик попадает всего 5—8 атомов радиоактивного германия, и его распад происходит внутри замкнутого объёма. «Мы должны посчитать эти распады безошибочно, — поясняет Александр. — Потеря одного атома или „присчёт” лишнего фонового события — это сразу более 10% ошибки. Мы их считаем поштучно. И это тоже своего рода искусство».

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели 20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели

Объекты и явления, при помощи которых твой секс будет еще великолепнее

Maxim
Северный путь Северный путь

Какое кино снимается в Якутии, Бурятии и Тыве

Знание – сила
Тюрьма Сугамо: культура забвения Тюрьма Сугамо: культура забвения

История первой в Японии тюрьмы, устроенной по европейскому образцу

Дилетант
«Мы в ответе за тех, кого приручили»: что нужно учесть перед тем, как завести своего первого щенка «Мы в ответе за тех, кого приручили»: что нужно учесть перед тем, как завести своего первого щенка

Как подготовиться к появлению первого щенка в доме?

ТехИнсайдер
Академик Павлов: человек, без которого мир был бы другим Академик Павлов: человек, без которого мир был бы другим

Но не все себе представляют, каким в обычной жизни был академик Павлов

Караван историй
Пицца, суши, роллы: что делает бизнес, чтобы люди заказывали и считали еду модной и необходимой Пицца, суши, роллы: что делает бизнес, чтобы люди заказывали и считали еду модной и необходимой

Как бизнес сохраняет интерес к одним и тем же людям в течении многих лет?

Inc.
25 оттенков горечи 25 оттенков горечи

Как воспринимается горечь: в желудке, мозге, сердце и даже мочеполовой системе?

Наука и жизнь
«Физика — постоянный поиск новых взглядов и решений» «Физика — постоянный поиск новых взглядов и решений»

Как Сергей Микушев решил получать профессию в области физики

Санкт-Петербургский университет
ИИ наступает: что ждет российский агротех ИИ наступает: что ждет российский агротех

Зачем фермерам искусственный интеллект и беспилотники

Inc.
Почему кошек ни в коем случае нельзя брать за шкирку? Ведь мамы-кошки именно так и делают Почему кошек ни в коем случае нельзя брать за шкирку? Ведь мамы-кошки именно так и делают

Что чувствует кот, подвешенный за шкирку и почему делать так нельзя?

ТехИнсайдер
Единым фронтом Единым фронтом

Сразу после вторжения Франции в Алжир стало понятно, что спокойно тут не будет

Дилетант
Тиражное, ставшее индивидуальным Тиражное, ставшее индивидуальным

Как Владимир Куприянов отменил неповторимость «решающего момента»

Weekend
Нобелевский комитет захвачен искусственным интеллектом Нобелевский комитет захвачен искусственным интеллектом

Главным героем Нобелевской недели-2024 стал искусственный интеллект

Монокль
Российская инфраструктура ищет партнеров Российская инфраструктура ищет партнеров

Государственно-частное партнерство стало локомотивом для больших проектов

РБК
Почему российские мужчины ревнуют женщин к иностранцам Почему российские мужчины ревнуют женщин к иностранцам

Российские мужчины ревнуют женщин только к иностранцам или вообще ко всем?

Psychologies
45 способов изменить жизнь. Выберите для себя хотя бы 10 45 способов изменить жизнь. Выберите для себя хотя бы 10

Список привычек, которые помогают жить более полной, яркой и счастливой жизнью

Psychologies
Дорогу главной! Дорогу главной!

7 прав, которые у тебя есть при встрече с инспектором ГАИ

Лиза
Как полюбить себя Как полюбить себя

6 советов от психолога для женщин с заниженной самооценкой

Лиза
Юрий Чурсин: Театр для меня — отдых Юрий Чурсин: Театр для меня — отдых

Актер Юрий Чурсин — о сериале «Жить жизнь» и театре

СНОБ
«Все совпадения неслучайны»: детективная драма с Кейт Бланшетт о лжи и предубеждениях «Все совпадения неслучайны»: детективная драма с Кейт Бланшетт о лжи и предубеждениях

«Все совпадения неслучайны»: почему этот сериал надо досмотреть до конца

Forbes
Наука в фантастике: эпизоды истории Наука в фантастике: эпизоды истории

Как идея о других мирах стала плодотворной для жанра фантастики и для культуры

Наука и жизнь
Дизайнер Даниил Анциферов про секс, ЗОЖ, диско и свой «план Б» — интервью на «Снобе» Дизайнер Даниил Анциферов про секс, ЗОЖ, диско и свой «план Б» — интервью на «Снобе»

Дизайнер Даниил Анциферов — об инвестициях, диско и патриотизме

СНОБ
«Фильмы и сериалы о психотерапии могут многое рассказать о нас самих» «Фильмы и сериалы о психотерапии могут многое рассказать о нас самих»

Почему нам так интересны истории и фильмы, связанные с психотерапией?

Psychologies
Павел Дуров обвинил Ирину Болгар в недостаточно роскошной жизни. Как строить отношения, если партнер гораздо богаче вас? Павел Дуров обвинил Ирину Болгар в недостаточно роскошной жизни. Как строить отношения, если партнер гораздо богаче вас?

Как финансовый статус партнера влияет на отношения

Psychologies
От частного к личному От частного к личному

Оптимальный набор инвестора в условиях турбулентности

Деньги
Фармакологи нашли подход к созданию новых лекарств против фиброза Фармакологи нашли подход к созданию новых лекарств против фиброза

Проект позволит создать новые препараты против смертельно опасного фиброза

ТехИнсайдер
Экономике предложили альтернативы Экономике предложили альтернативы

Как возможное ухудшение макроэкономической ситуации повлияет на АПК

Агроинвестор
От малограмотного мальчика до успешного книгоиздателя: история Ивана Сытина От малограмотного мальчика до успешного книгоиздателя: история Ивана Сытина

История Ивана Сытина — крестьянского сына, который стал успешным бизнесменом

ТехИнсайдер
Дом для университета Дом для университета

История СПбГУ неразрывно связана со зданием Двенадцати коллегий

Санкт-Петербургский университет
Первая минута Первая минута

Как заставить начало разговора работать на результат

kiozk originals
Открыть в приложении