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

Умный город: утопия или реальное будущее? Умный город: утопия или реальное будущее?

Можно ли создать идеальный город?

Наука и жизнь
«Это не игра в прятки с моей стороны» «Это не игра в прятки с моей стороны»

Владимир Мирзоев о своем «Преступлении и наказании»

Weekend
Кунсткамера Кунсткамера

Самый опасный аэропорт мира, необычная форма горы и мост для диких животных

Наука и жизнь
Елена Образцова. Непобедимая Елена Образцова. Непобедимая

«У нее Графиня могла быть строгой, могла быть старой, немощной, веселой»

Караван историй
«Конечно, надежда есть» «Конечно, надежда есть»

Юрий Борисов о работе над образом Пушкина

Правила жизни
Третья форма денег Третья форма денег

В России стартовал второй этап проекта по использованию цифрового рубля

Деньги
Красота на пальцах Красота на пальцах

Лучшие драгоценности в кино, сделавшие драматический сюжет лучше

Правила жизни
Не целуйте любимых в уши! Из-за этого можно оглохнуть: вот что говорят эксперты Не целуйте любимых в уши! Из-за этого можно оглохнуть: вот что говорят эксперты

Вот как ваш поцелуй может сказаться на органах слуха любимого человека

ТехИнсайдер
Маша Трауб: Успех рождается из неравнодушия, а не из попытки угадать спрос Маша Трауб: Успех рождается из неравнодушия, а не из попытки угадать спрос

Маша Трауб — о том, как написать сказку, где танцуют макароны и котлеты

СНОБ
Мыльный кутюр Мыльный кутюр

«Модный дом»: скандалы, интриги и повестка фэшн-индустрии

Weekend
5 книг о разных субкультурах 5 книг о разных субкультурах

Книги о советских хиппи, русском авангарде и других субкультурах

СНОБ
Завезенные в Великобританию эскулаповы полозы предпочли жить по соседству с людьми Завезенные в Великобританию эскулаповы полозы предпочли жить по соседству с людьми

Эскулаповы полозы выживают в Британии только благодаря людям

N+1
Михаил Куницын: «Я всю ночь не спал в доме Орловой, думал, как спасти это все?» Михаил Куницын: «Я всю ночь не спал в доме Орловой, думал, как спасти это все?»

«Часть наследия Орловой все-таки оказалась в Бахрушинском музее»

Коллекция. Караван историй
Очень скучное кино: почему список рекомендуемых фильмов вряд ли понравится школьникам Очень скучное кино: почему список рекомендуемых фильмов вряд ли понравится школьникам

Почему список фильмов, рекомендованных для школьников, очень скучный

Forbes
Исследование: правильные цветовые решения в интерьере способны повысить самоконтроль людей Исследование: правильные цветовые решения в интерьере способны повысить самоконтроль людей

Как цветовые решения в архитектуре влияют на способность человека к самоконтролю

ТехИнсайдер
Необычайные приключения одной теории Необычайные приключения одной теории

Почему теория Дарвина не дает покоя стольким умам, профессиональным и досужим?

Знание – сила
Буржуйка в изразцах Буржуйка в изразцах

Изразцы Ярославля как источник вдохновения для строительства печки на своей даче

КАНТРИ Русская азбука
Чем заняться, если скучно: 70 действенных советов Чем заняться, если скучно: 70 действенных советов

Заскучали, но не знаете, чем себя занять? Большая подборка развлечений

РБК
Почему россияне так стремительно выгорают: новое исследование Почему россияне так стремительно выгорают: новое исследование

Профессиональное выгорание становится похожим на эпидемию

Psychologies
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
Стоп! Снято Стоп! Снято

История поиска жилья в столице от того самого худшего арендатора

Men Today
Зачем люди делают громкий выхлоп на машине Зачем люди делают громкий выхлоп на машине

Люди решили спросить спонсоров бессонницы и владельцев громкого выхлопа напрямую

Maxim
Вы удивитесь, когда узнаете, что молоко в треугольных пакетах придумали не в СССР Вы удивитесь, когда узнаете, что молоко в треугольных пакетах придумали не в СССР

Что общего между автомобилем “Жигули”, одеколоном и молоком в треугольничках?

ТехИнсайдер
Игорь Бутман: «Вся наша жизнь – это импровизация» Игорь Бутман: «Вся наша жизнь – это импровизация»

Игорь Бутман о планах на будущее и любви к импровизации

Grazia
Фитнес и иммунитет: не всё так однозначно Фитнес и иммунитет: не всё так однозначно

Почему любой вид фитнеса может привести к снижению иммунитета и болезням?

Здоровье
Так «бомж-пакет» или деликатес? 10 неожиданных фактов о лапше быстрого приготовления Так «бомж-пакет» или деликатес? 10 неожиданных фактов о лапше быстрого приготовления

Чего вы не знали о лапше быстрого приготовления

ТехИнсайдер
«Монстры у порога» — о чем поговорить с вампиром и другими тварями «Монстры у порога» — о чем поговорить с вампиром и другими тварями

Что скрывается за образом вампира, есть ли самобытность у российских монстров?

СНОБ
Петербург будущего Петербург будущего

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

Собака.ru
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
Обсессивно-компульсивное расстройство: что это такое, как распознать и чем лечить Обсессивно-компульсивное расстройство: что это такое, как распознать и чем лечить

Как распознать грань, после которой наши ритуалы мешают жить?

Psychologies
Открыть в приложении