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
Печальная история Бланш Бэрроу: «вынужденной» сообщницы Бонни и Клайда Печальная история Бланш Бэрроу: «вынужденной» сообщницы Бонни и Клайда

Бланш Бэрроу: кто она такая и как познакомилась с Бонни и Клайдом?

ТехИнсайдер
Азбучные неистины Азбучные неистины

Перечислим несколько «азбучных истин» из учебников, опровергнутых временем

Вокруг света
6 признаков того, что у вас эмоционально незрелые родители 6 признаков того, что у вас эмоционально незрелые родители

Кто такие эмоционально незрелые родители?

Psychologies
Все, что делает наш мир лучше Все, что делает наш мир лучше

Новые технологии радикально изменят наш стиль жизни, заботу о себе

Men Today
Многоликий Ян Многоликий Ян

Ян Гинзбург: разархивирование настоящего

Weekend
25 оттенков горечи 25 оттенков горечи

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

Наука и жизнь
При строительстве установки для поиску нейтрино уже вынули 800 000 тонн породы При строительстве установки для поиску нейтрино уже вынули 800 000 тонн породы

Ученые проекта LBNF-DUNE врубились в скалу, чтобы сделать революцию в науке

ТехИнсайдер
Голливуд на Волге Голливуд на Волге

Как и зачем Голливуд, «Мосфильм» и кинокомпании Европы снимали фильмы вместе

Правила жизни
Имитация голодания и еще 8 стрессов, которые омолодят организм Имитация голодания и еще 8 стрессов, которые омолодят организм

Виды стресса, которые пойдут на пользу вашему организму

Psychologies
«У меня ментальное расстройство — я псих?»: в чем разница между «большой» и «малой» психиатрией «У меня ментальное расстройство — я псих?»: в чем разница между «большой» и «малой» психиатрией

Чем различаются «большая» и «малая» психиатрия?

Psychologies
Внимание, опора и возможность проявить себя: что современные дети ждут от взрослых Внимание, опора и возможность проявить себя: что современные дети ждут от взрослых

Как взрослым лучше общаться с поколением альфа, чтобы находить общий язык

Forbes
Африканские маски в Москве Африканские маски в Москве

Маски, затягивающие в свой потаенный запредельный мир колдовства и мистики…

Знание – сила
«Никто этого не хочет»: возможна ли любовь между раввином и ведущей подкаста о сексе «Никто этого не хочет»: возможна ли любовь между раввином и ведущей подкаста о сексе

«Никто этого не хочет»: этот проект сподвигнет вас поверить в вечную любовь

Forbes
Филиппо Минелли: Не позволяю мнению людей влиять на то, что делаю Филиппо Минелли: Не позволяю мнению людей влиять на то, что делаю

Звезда международной арт-сцены Филиппо Минелли — о самых сложных проектах

СНОБ
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
Иран и Израиль: прощупывая предел эскалации Иран и Израиль: прощупывая предел эскалации

Что удерживает Ближний Восток от большой войны

Монокль
Новым деньгам новые ставки Новым деньгам новые ставки

Банки устроили процентные гонки

Деньги
Целование ручки злодея Целование ручки злодея

Гением Пушкина Александру Шванвичу была суждена долгая жизнь в образе Швабрина

Дилетант
В стиле кантри В стиле кантри

Особенности деревенского стиля и правила оформления для каждой комнаты

Лиза
Нобелевская премия мимо Нобелевская премия мимо

9 убедительных причин отказаться от награды

Weekend
Гаспар Ноэ: Я хочу создавать кино, которое пугает, вызывает эрекцию и заставляет плакать Гаспар Ноэ: Я хочу создавать кино, которое пугает, вызывает эрекцию и заставляет плакать

Интервью с Гаспаром Ноэ — о сексе, лени и идеальном кино

СНОБ
Ольга Нижельская: Слушать рок после классики — это как поесть жареной картошки после японского ресторана Ольга Нижельская: Слушать рок после классики — это как поесть жареной картошки после японского ресторана

Ольга Нижельская: как усталость от чужих текстов побуждает написать свой

СНОБ
РПП /расстройство пищевого поведения/ РПП /расстройство пищевого поведения/

Когда погрешности в питании становятся симптомами РПП?

Grazia
Телескопы будущего Телескопы будущего

Владимир Сурдин о разработках для изучения космоса

Вокруг света
«Водородная эйфория» закончилась: почему этот источник энергии не спасет планету «Водородная эйфория» закончилась: почему этот источник энергии не спасет планету

Почему «водородная энергия» оказалась лишь иллюзией?

Forbes
Яичное разнообразие Яичное разнообразие

Почему увеличивается интерес потребителя к нишевому яйцу

Агроинвестор
Сладкая жизнь Марчелло Мастроянни Сладкая жизнь Марчелло Мастроянни

11 интересных фактов о легенде кино Марчелло Мастроянни

Лиза
Моя радость Моя радость

Как разные домашние животные проявляют свою любовь к хозяину

Лиза
Истина где-то здесь Истина где-то здесь

Вокруг этих мест ходит много таинственных слухов и даже леденящих душу рассказов

Лиза
Открыть в приложении