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
8 признаков, что вы эмпат 8 признаков, что вы эмпат

Чем может обернуться дар эмпатии?

Psychologies
Электрический адреналин Электрический адреналин

Арно Жакар первым преодолел маршрут Africa Eco Race на электрическом байке

ТехИнсайдер
Расстройства сна: самые страшные болезни, связанные с недостатком качественного отдыха Расстройства сна: самые страшные болезни, связанные с недостатком качественного отдыха

Рассказываем о сонных недугах, пережить которые не пожелаешь даже врагу

ТехИнсайдер
Ирина Темичева. «Каждый день просыпаюсь с мыслью: «Я мама!» Ирина Темичева. «Каждый день просыпаюсь с мыслью: «Я мама!»

Вы можете быть израненным внутри, но казаться легкомысленным, веселым человеком

Караван историй
Археологи нашли в Дании 5000-летний погреб для хранения продуктов Археологи нашли в Дании 5000-летний погреб для хранения продуктов

Археологи нашли древнейший в Скандинавии подземный погреб

ТехИнсайдер
И на стволах растут плоды И на стволах растут плоды

Одни фрукты, висят на ветвях, а другие забрались на стволы. Интересно, зачем?

Наука и жизнь
Семья разведчиков, которая спасла Сталина, Рузвельта и Черчилля: история Гоар и Геворка Вартанянов Семья разведчиков, которая спасла Сталина, Рузвельта и Черчилля: история Гоар и Геворка Вартанянов

В советское время супруги Вартанян были ценными разведчиками

ТехИнсайдер
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
Ростов Великий Ростов Великий

Ростов Великий и его главные богатства

КАНТРИ Русская азбука
Буржуйка в изразцах Буржуйка в изразцах

Изразцы Ярославля как источник вдохновения для строительства печки на своей даче

КАНТРИ Русская азбука
Средство достижения цели, препятствие или враг: как вы относитесь к настоящему времени — и почему это важно Средство достижения цели, препятствие или враг: как вы относитесь к настоящему времени — и почему это важно

Чем важен навык жить настоящим? И что мешает нам его развить?

Psychologies
«Жарили рыбу, прибив к доске» «Жарили рыбу, прибив к доске»

Экспедиционные туры глазами повара, а точнее кока

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Ярославль Ярославль

Что должно быть в вишлисте туриста, решившего посетить Ярославль?

КАНТРИ Русская азбука
«Я хочу построить наследие»: роман о рабыне, которая стала предпринимательницей «Я хочу построить наследие»: роман о рабыне, которая стала предпринимательницей

Отрывок из романа Ванессы Райли «Королева острова»

Forbes
Гениальные изобретатели, которые так и не смогли прославиться и разбогатеть: 5 грустных историй Гениальные изобретатели, которые так и не смогли прославиться и разбогатеть: 5 грустных историй

Блестящий изобретательский ум и предпринимательская жилка не всегда идут в паре

ТехИнсайдер
Теплый ламповый криминал Теплый ламповый криминал

«Людвиг»: история робкого детектива в Кембридже

Weekend
Как фирма иммигрантки из Турции обошла Boeing в разработке самолетов «Судного дня» Как фирма иммигрантки из Турции обошла Boeing в разработке самолетов «Судного дня»

Как компания Эрен Озмен планирует производить уникальные самолеты

Forbes
Аврора: «Возраст скрывают люди, неуверенные в себе» Аврора: «Возраст скрывают люди, неуверенные в себе»

Телеведущая Аврора о нутрициологии, блефаропластике и роли эндокринолога

Здоровье
Совсем не «Круть»: почему Виктор Пелевин четвертый год пишет книги об одном и том же Совсем не «Круть»: почему Виктор Пелевин четвертый год пишет книги об одном и том же

«Круть»: почему эта книга Виктора Пелевина заставляет испытывать испанский стыд

Forbes
Заглянуть за горизонт Заглянуть за горизонт

Тувинская музыка, в которой гармонично сочетаются фольклор и современные веяния

Men Today
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
Смотри, не двинься Смотри, не двинься

5 сериалов с психотерапевтическим эффектом для мужчин (и не только)

Men Today
Шерстяные аристократы: все самое важное и интересное, что следует знать о британских кошках Шерстяные аристократы: все самое важное и интересное, что следует знать о британских кошках

Чем британские коты отличаются от своих сородичей?

ТехИнсайдер
Две трети ключевых зон биоразнообразия в тропиках столкнулись с новым уровнем жары Две трети ключевых зон биоразнообразия в тропиках столкнулись с новым уровнем жары

66% зон в мировых тропических лесах испытывают новые температурные режимы

N+1
Почему мы откладываем жизнь на потом? Почему мы откладываем жизнь на потом?

О синдроме отложенной жизни рассказывает психолог-консультант

Psychologies
Большая игра Большая игра

Куда БРИКС и G7 ведут глобальную экономику

Деньги
«Я-ловушка» и еще 4 тренда дейтинг-приложений, которые ждут нас в 2025 году «Я-ловушка» и еще 4 тренда дейтинг-приложений, которые ждут нас в 2025 году

Пять тенденций в сфере знакомств, которые будут актуальны в 2025 году

Psychologies
Геологоразведке нужны гарантии Геологоразведке нужны гарантии

Структура добычи углеводородов в России может существенно измениться

Деньги
Посмотрел и обсуждаю Посмотрел и обсуждаю

Как появляются любимые зрителями истории и сколько сегодня стоит идея

Правила жизни
Открыть в приложении