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
Дмитрий Суетенков: «Одна из причин неправильного прикуса – то, что люди всё реже используют зубы по назначению: всё меньше и меньше жуют» Дмитрий Суетенков: «Одна из причин неправильного прикуса – то, что люди всё реже используют зубы по назначению: всё меньше и меньше жуют»

Чем коварен неправильный прикус?

Здоровье
Гигантская. Критические дни Бетельгейзе Гигантская. Критические дни Бетельгейзе

Разбираемся с причинами глубокого «обморока» Бетельгейзе

Наука и жизнь
Лекарство от дефицита Лекарство от дефицита

Как повышение производительности труда помогает компенсировать нехватку кадров

Деньги
Философия библиотеки Философия библиотеки

Библиотека – в чем ее высшее назначение и сакральный смысл?

Знание – сила
Петербург будущего Петербург будущего

Зачем зодчим идти в народ и как опыт Рима применить к Шушарам?

Собака.ru
Клио на баррикадах Клио на баррикадах

Дискуссию о преподавании истории продолжает Леонид Кацва

Дилетант
8 книг про настоящих шпионов 8 книг про настоящих шпионов

Реальные истории разведчиков из разных стран, включая КГБ, ЦРУ и «Моссад»

СНОБ
Владимир Владимир

Владимир — особенный город с особенными достопримечательностями

КАНТРИ Русская азбука
Азбучные неистины Азбучные неистины

Перечислим несколько «азбучных истин» из учебников, опровергнутых временем

Вокруг света
Марк. Мария Марк. Мария

Феномены-зумеры Мария Мацель и Марк Эйдельштейн в наступающей эре Водолея

Собака.ru
Когда спорт не на пользу Когда спорт не на пользу

Но излишнее рвение в спорте, особенно у начинающих, может обернуться проблемами

Лиза
Москва зодиакальная Москва зодиакальная

Астрологическая карта столицы: выбери свой счастливый район

Лиза
«Америка и век джаза». Отрывок из книги композитора Эндрю Ганта «Америка и век джаза». Отрывок из книги композитора Эндрю Ганта

Как появился джаз в Америке?

СНОБ
Ихтиологическая филателия Ихтиологическая филателия

Завораживающая коллекция рыб на почтовых марках

Наука и жизнь
Астрономы насчитали 55 убегающих звезд из сердца туманности Тарантул Астрономы насчитали 55 убегающих звезд из сердца туманности Тарантул

Астрономы провели перепись убегающих массивных звезд из скопления R136

N+1
Новый коллектив Новый коллектив

10 правил, чтобы быстро освоиться и стать своей в новом рабочем коллективе

Лиза
Игорь Бутман — о Московском джазовом оркестре и предстоящем туре Игорь Бутман — о Московском джазовом оркестре и предстоящем туре

Саксофонист Игорь Бутман — о современной музыке и ювелирном искусстве

РБК
Нобелевский комитет захвачен искусственным интеллектом Нобелевский комитет захвачен искусственным интеллектом

Главным героем Нобелевской недели-2024 стал искусственный интеллект

Монокль
Не только черный и зеленый: какие бывают виды чая и как правильно их заваривать Не только черный и зеленый: какие бывают виды чая и как правильно их заваривать

Пришло время открыть мир чая и узнать секреты его идеального заваривания

ТехИнсайдер
Гаджеты на колесах Гаджеты на колесах

Во сколько обходятся россиянам автомобильные инновации

Деньги
Кашель, прощай! Кашель, прощай!

Разнообразие причин кашля вызывает и разнообразие видов. Какие есть?

Лиза
Ешь, молись, люби Ешь, молись, люби

«Лапти» из картофеля по рецепту одной семьи из Иваново

КАНТРИ Русская азбука
РПП /расстройство пищевого поведения/ РПП /расстройство пищевого поведения/

Когда погрешности в питании становятся симптомами РПП?

Grazia
Добро пожаловать в филармонию Добро пожаловать в филармонию

Как пианист Илья Папоян стал фронтменом академической музыкальной сцены

Собака.ru
Отдых на «пятерку» Отдых на «пятерку»

Чем люксовые гостиницы в России привлекают клиентов

Деньги
Вторая сверхзвуковая: когда гражданские самолеты смогут летать быстрее звука Вторая сверхзвуковая: когда гражданские самолеты смогут летать быстрее звука

Сегодня человечество готово вернуться к сверхзвуку на новом уровне технологий

ТехИнсайдер
Тихо! Это роскошь Тихо! Это роскошь

В последние 20 лет тема роскоши вышла на первый план в дизайнерской среде

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Башенные и безбашенные Башенные и безбашенные

Актуальные часы на башнях и стенах столицы

Men Today
Выводы «белого человека» Выводы «белого человека»

Жак Сапир: размышления по по итогам определения лауреатов экономической премии

Монокль
Открыть в приложении