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
Ешь, молись, люби Ешь, молись, люби

«Лапти» из картофеля по рецепту одной семьи из Иваново

КАНТРИ Русская азбука
Как ничто стало нечто и почему это так важно? Как ничто стало нечто и почему это так важно?

Когда появился ноль и как он стал из ничем чем-то

Наука и жизнь
«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
Продуманный подход вместо запретов Продуманный подход вместо запретов

Собравшиеся на форум ученые и врачи обсуждали проблематику табакокурения

Наука
Как подготовить машину к зиме: советы экспертов Как подготовить машину к зиме: советы экспертов

Ценные советы, которые помогут защитить транспорт от зимних катаклизмов

Maxim
Плоды эмансипации Плоды эмансипации

Энергия и любознательность сочетались у Дашковой с несносным характером

Дилетант
Телескопы будущего Телескопы будущего

Владимир Сурдин о разработках для изучения космоса

Вокруг света
Экспорт сменил направления Экспорт сменил направления

Как российский бизнес с помощью господдержки осваивает новые рынки

Деньги
«Папа умер в субботу»: драма о том, как понять и простить собственную семью «Папа умер в субботу»: драма о том, как понять и простить собственную семью

Как картина «Папа умер в субботу» оказывается пронзительным фильмом о прощении

Forbes
Почему капитанский мостик находится в корме, если с носа обзор лучше Почему капитанский мостик находится в корме, если с носа обзор лучше

Где должен быть установлен капитанский мостик — на корме или на носу корабля?

ТехИнсайдер
Жизнь на Венере может развиваться в серной кислоте Жизнь на Венере может развиваться в серной кислоте

Биомолекулы, липиды, могут сохранять свою структуру в серной кислоте Венеры

ТехИнсайдер
В авторском прочтении В авторском прочтении

Легкий, хрустальный интерьер в духе ар-деко

SALON-Interior
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
Хобби для души Хобби для души

Как найти дело, которое будет приносить моральное и физическое удовлетворение?

Здоровье
Даниил Шульгин Даниил Шульгин

Даниил Шульгин — звезда дизайна с уклоном в трэш-эстетику и древесный художник

Собака.ru
6 признаков того, что у вас эмоционально незрелые родители 6 признаков того, что у вас эмоционально незрелые родители

Кто такие эмоционально незрелые родители?

Psychologies
12 способов, которыми ты портишь маникюр, сама об этом не зная 12 способов, которыми ты портишь маникюр, сама об этом не зная

Почему лак на следующий же день после маникюра скалывается?

VOICE
Краткий гид по современной поэзии: имена, книги, курсы Краткий гид по современной поэзии: имена, книги, курсы

Актуальные течения русскоязычной поэзии — фемписьмо и антидепрессанты

РБК
Когда Африку разрезали как пирог… Когда Африку разрезали как пирог…

Как дикий империализм, облачившись в «цивилизованный костюм», делил Африку

Знание – сила
Единым фронтом Единым фронтом

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

Дилетант
Наталия Защипина: «С Сатирой связана вся моя жизнь!» Наталия Защипина: «С Сатирой связана вся моя жизнь!»

Плучек все-таки оттащил меня от кино. А Андрюшка Миронов меня ругал

Караван историй
Владимир Гостюхин: «В советском кино ни одни съемки не обходились без романа» Владимир Гостюхин: «В советском кино ни одни съемки не обходились без романа»

«На съемках всегда особая атмосфера. В «Оттепели» это хорошо показано»

Коллекция. Караван историй
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
Гений вне морали, или Смертоносная красота. Как Оскар Уайльд и эстетизм проиграли современному миру Гений вне морали, или Смертоносная красота. Как Оскар Уайльд и эстетизм проиграли современному миру

За что викторианская эпоха выбрала Уайльда козлом отпущения

СНОБ
«Вторая экономика мира и первый партнер России» «Вторая экономика мира и первый партнер России»

Россия и Китай: как сегодня развивается двусторонняя торговля

РБК
Как ученые пустили лазер в дело: 3D-принтеры и алкорамки Как ученые пустили лазер в дело: 3D-принтеры и алкорамки

Компания «Лазерные системы» из науки шагнула в прикладной мир бизнеса

Монокль
Когда прибывает поезд Когда прибывает поезд

Рассказ Ольги Брейнингер о желании сбежать из реального мира в иллюзорный

Правила жизни
Любовь и Голубева Любовь и Голубева

Как на творческий метод Леоса Каракса повлияли отношения с Катериной Голубевой

Правила жизни
Вопрос цены Вопрос цены

Как формируются индексы сырьевых товаров

Деньги
Открыть в приложении