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
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
Криптоутки Криптоутки

Сегодня DApp-игры – один из самых быстрорастущих рынков

Популярная механика
Ильич раздора Ильич раздора

Фреска Риверы, которая должна была воспевать бурный научно-технический прогресс

Вокруг света
«Нет причин не продлить нашу жизнь до 200 лет и даже до 1000» «Нет причин не продлить нашу жизнь до 200 лет и даже до 1000»

Как мировая наука и бизнес борются со старением

РБК
«Фильмы и сериалы о психотерапии могут многое рассказать о нас самих» «Фильмы и сериалы о психотерапии могут многое рассказать о нас самих»

Почему нам так интересны истории и фильмы, связанные с психотерапией?

Psychologies
Зачем нам ловить нейтрино? Зачем нам ловить нейтрино?

Что удалось понять про нейтрино и как это было, — в беседе с Валерием Петковым

Наука и жизнь
Утилистический прием Утилистический прием

Как Константин Вагинов изобрел безотходную переработку прошлого

Weekend
Ядовитая смесь: 5 пар чистящих средств, которые ни в коем случае нельзя смешивать Ядовитая смесь: 5 пар чистящих средств, которые ни в коем случае нельзя смешивать

Не пытайтесь примерить на себя роль химика: эта игра может закончиться печально

ТехИнсайдер
«Неравенство равных. Концепция и феномен ресентимента» «Неравенство равных. Концепция и феномен ресентимента»

Почему уязвленной сперва почувствовала себя аристократия

N+1
Северный путь Северный путь

Какое кино снимается в Якутии, Бурятии и Тыве

Знание – сила
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
10 лучших хорроров за 2023 и 2024 годы. Часть II 10 лучших хорроров за 2023 и 2024 годы. Часть II

Фильмы на тот случай, еще последние пару лет недостаточно пощекотали вам нервы

Maxim
Новая модель ChatGPT o1: шаг вперед или не до конца проработанная революция? Новая модель ChatGPT o1: шаг вперед или не до конца проработанная революция?

ChatGPT o1 обещает стать большим прорывом в мире искусственного интеллекта

ТехИнсайдер
Бег по наклонной Бег по наклонной

Мог бы уровень современной науки позволить создать Человека-паука?

Вокруг света
Будет вам наукой Будет вам наукой

Семь свежих исследований, чтобы вы держали руку на пульсе актуальных знаний

Men Today
«Вдох-выдох — тут уже есть повтор» «Вдох-выдох — тут уже есть повтор»

Как из повторов рождаются стихи и что с ними делают разные авторы

Weekend
Академики на букву К Академики на букву К

Почему многих советских научных героев миновала премия Нобеля?

Знание – сила
Жизнь без варикоза Жизнь без варикоза

Как предупредить варикозную болезнь ног

Здоровье
Экономике предложили альтернативы Экономике предложили альтернативы

Как возможное ухудшение макроэкономической ситуации повлияет на АПК

Агроинвестор
Прекрасный армянин Прекрасный армянин

Микаэл Лорис-Меликов подарил России пятнадцать месяцев либеральных мечтаний

Дилетант
Несут какой-то вред Несут какой-то вред

Чем сложнее подход к тренингу, тем больше неверных шагов можно сделать

Men Today
Когда прибывает поезд Когда прибывает поезд

Рассказ Ольги Брейнингер о желании сбежать из реального мира в иллюзорный

Правила жизни
3 фактора, снижающих либидо у женщин: что делать 3 фактора, снижающих либидо у женщин: что делать

Что влияет на женское либидо и получение удовольствия от секса?

Psychologies
День апельсиновой битвы и праздник кур: самые необычные торжества разных народов мира День апельсиновой битвы и праздник кур: самые необычные торжества разных народов мира

Удивительные праздники со всех уголков мира

ТехИнсайдер
Яркий сжатый вакуум сгенерировал высокие гармоники Яркий сжатый вакуум сгенерировал высокие гармоники

Физики сгенерировали высокие гармоники в магний-легированном ниобате лития

N+1
Нужная деталь: почему в центре древних китайских монет есть квадратное отверстие Нужная деталь: почему в центре древних китайских монет есть квадратное отверстие

Почему древние китайские монеты выглядят так необычно?

ТехИнсайдер
Что вас ждет, если вы влюбитесь в психопата: 4 фазы отношений Что вас ждет, если вы влюбитесь в психопата: 4 фазы отношений

С этими фазами сталкиваются все женщины, оказавшиеся в сетях психопата

Psychologies
Как написаны «Старосветские помещики»: отрывок из книги Как написаны «Старосветские помещики»: отрывок из книги

Отрывок из книги «Базаров порезал палец»

СНОБ
Перевести дух Перевести дух

Студенты готовы начать свое дело лишь через пять лет после окончания вуза

РБК
Открыть в приложении