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

Кто в океане правит бал Кто в океане правит бал

На земле всё начинается с растений, а как обстоят дела в морях и океанах?

Наука и жизнь
ИИ наступает: что ждет российский агротех ИИ наступает: что ждет российский агротех

Зачем фермерам искусственный интеллект и беспилотники

Inc.
Рим и германцы Рим и германцы

Встреча с варварами потрясла Рим, заставив изменить организацию римской армии

Дилетант
Как отстаивать свое мнение и не бояться получить отказ: техники работы со страхом Как отстаивать свое мнение и не бояться получить отказ: техники работы со страхом

Боитесь отстаивать свое мнение, но хотите научиться это делать?

Psychologies
Штурманы подземелья Штурманы подземелья

Маркшейдеры — специалисты, знающие, как проложить дорогу под землей

ТехИнсайдер
Как управлять через сигналы и не доводить до кризисов Как управлять через сигналы и не доводить до кризисов

Распространенные ошибки руководителей из книги «Менеджмент глазами ресторатора»

Forbes
Почва в объективе микроскопа Почва в объективе микроскопа

Микроморфология — наука, изучающая тонкие срезы почвы

Наука и жизнь
Первый митинг хунвейбинов Первый митинг хунвейбинов

«Убивайте, убивайте их!» — призывали китайские газеты…

Дилетант
Добытчица и домохозяин: как женщины рушат стереотип о том, кто должен содержать семью Добытчица и домохозяин: как женщины рушат стереотип о том, кто должен содержать семью

Provider woman: что это за тренд и как он влияет на традиционные устои общества?

Forbes
Ковровая резня Ковровая резня

«Ужасающий-3»: масштабное возвращение клоуна-маньяка

Weekend
Моторный допинг: как велоспортсмены незаконно «прокачивают» свой байк Моторный допинг: как велоспортсмены незаконно «прокачивают» свой байк

Допинг в велоспорте: не только для спортсменов, но и для их байков

ТехИнсайдер
Субурбан-мобиль Субурбан-мобиль

Шок! Внедорожника Haval H5 выросло на удивление много!

Автопилот
Что может спровоцировать рак молочной железы и можно ли его вылечить на последней стадии? 10 вопросов врачу-онкологу Что может спровоцировать рак молочной железы и можно ли его вылечить на последней стадии? 10 вопросов врачу-онкологу

Октябрь — месяц осведомленности о раке молочной железы. Несколько вопросов о нем

СНОБ
«Жертвы» одного хита: как складываются судьбы музыкантов с одной популярной песней «Жертвы» одного хита: как складываются судьбы музыкантов с одной популярной песней

Psychologies вспоминает судьбы нескольких «артистов одного хита»

Psychologies
Настоящая мягкая сила Настоящая мягкая сила

«На светлой стороне»: китайская история взросления в семи новеллах

Weekend
Из почти полезного напитка в отраву: почему вино превращается в уксус Из почти полезного напитка в отраву: почему вино превращается в уксус

Почему вино может стать кислым и непригодным к употреблению?

ТехИнсайдер
Дизайнер Никита Калмыков — про свой бренд ODOR, реализм и вдохновение — интервью на «Снобе» Дизайнер Никита Калмыков — про свой бренд ODOR, реализм и вдохновение — интервью на «Снобе»

Никита Калмыков о фаст-фешене, старинных кружевах и объемах продаж

СНОБ
Сочувствие господину Пингвину Сочувствие господину Пингвину

«Пингвин»: комикс, снятый по правилам Нового Голливуда

Weekend
Коллекция осень-зима Коллекция осень-зима

Урок пейзажной фотосъемки — чтобы подойти к путешествиям во всеоружии

КАНТРИ Русская азбука
Что прочитать, чтобы начать жизнь заново и поверить в себя: 3 бестселлера Что прочитать, чтобы начать жизнь заново и поверить в себя: 3 бестселлера

Книги, которые помогут по-новому взглянуть на то, что у нас уже есть сейчас

Psychologies
Как общаться с партнером, чтобы не разрушить отношения Как общаться с партнером, чтобы не разрушить отношения

Почему мы не можем найти взаимопонимание в отношениях?

Psychologies
Мозг в декрете: как беременность влияет на память, эмпатию и интеллект женщин Мозг в декрете: как беременность влияет на память, эмпатию и интеллект женщин

Меняется ли мозг беременных в период родительства и подготовки к нему?

Forbes
Уйти или остаться Уйти или остаться

Почему даже самым красивым знаменитостям изменяют партнеры

Лиза
Вы удивитесь, когда узнаете, что молоко в треугольных пакетах придумали не в СССР Вы удивитесь, когда узнаете, что молоко в треугольных пакетах придумали не в СССР

Что общего между автомобилем “Жигули”, одеколоном и молоком в треугольничках?

ТехИнсайдер
Джим лежа Джим лежа

Героические истории со съемок первых фильмов великих режиссеров

Правила жизни
Конго тьмы Конго тьмы

Король Бельгии Леопольд II и кровавая история Конго

Знание – сила
Никита Макаров: «Я не понимаю халтуры в искусстве» Никита Макаров: «Я не понимаю халтуры в искусстве»

Никита Макаров — о выставке в Пушкинском музее и поездках на Кольский полуостров

СНОБ
Сергей Бондарчук Сергей Бондарчук

Правила жизни режиссера Сергея Бондарчука

Правила жизни
«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
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
Открыть в приложении