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
«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
Левее левых: гошисты в водовороте событий мая—июня 1968 года во Франции Левее левых: гошисты в водовороте событий мая—июня 1968 года во Франции

Антиколониальная борьба во Франции и разочарование в коммунистах

Наука
Добытчица и домохозяин: как женщины рушат стереотип о том, кто должен содержать семью Добытчица и домохозяин: как женщины рушат стереотип о том, кто должен содержать семью

Provider woman: что это за тренд и как он влияет на традиционные устои общества?

Forbes
Обитатели пояса Койпера Обитатели пояса Койпера

Готовы отправиться в фантастическое космическое путешествие?

Наука и жизнь
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
Формулы красоты Формулы красоты

Книга природы написана языком математики

Вокруг света
«Превратить жизнь в искусство»: как женщины курируют выставки и управляют музеями «Превратить жизнь в искусство»: как женщины курируют выставки и управляют музеями

Женщины России, которые смогли стряхнуть пыль со слова «музей»

Forbes
Добро пожаловать в филармонию Добро пожаловать в филармонию

Как пианист Илья Папоян стал фронтменом академической музыкальной сцены

Собака.ru
«Для IPO рынок сейчас слишком спекулятивный» «Для IPO рынок сейчас слишком спекулятивный»

О том, как криптовалюты отбирают аудиторию у классических брокеров

Монокль
Елена Попова: Главное в современной полярной экспедиции — не впасть в уныние Елена Попова: Главное в современной полярной экспедиции — не впасть в уныние

Елена Попова о том, как появилась ее дебютная работа

СНОБ
Кто не работает, тот не ест: как в СССР ловили тунеядцев и заставляли их трудиться Кто не работает, тот не ест: как в СССР ловили тунеядцев и заставляли их трудиться

Как в СССР боролись с теми, кто отказывался от труда по собственному желанию

ТехИнсайдер
«Буквально держится на краске»: неочевидные факты о том, как сохраняют Эйфелеву башню «Буквально держится на краске»: неочевидные факты о том, как сохраняют Эйфелеву башню

Чем автомобильные выхлопы вредят Эйфелевой башне?

ТехИнсайдер
Я наблюдаю не первую волну революционных взглядов в искусстве — Аристарх Чернышев Я наблюдаю не первую волну революционных взглядов в искусстве — Аристарх Чернышев

Ольга Вад поговорила с Аристархом Чернышевым о технологии создания медиаработ

СНОБ
Центральную Анатолию назвали местом одомашнивания овец Центральную Анатолию назвали местом одомашнивания овец

Скорее всего, люди одомашнили конийских муфлонов в Центральной Анатолии

N+1
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
«Мыльная опера» или «выдохшаяся газировка»: 8 типов расставаний и как их пережить «Мыльная опера» или «выдохшаяся газировка»: 8 типов расставаний и как их пережить

Как пережить расставание?

Psychologies
Любовь и Голубева Любовь и Голубева

Как на творческий метод Леоса Каракса повлияли отношения с Катериной Голубевой

Правила жизни
Лоскутная сборка Лоскутная сборка

Техника пэчворк и лоскутные работы костромских мастериц

КАНТРИ Русская азбука
«Вступление Иоанна IV в Казань» «Вступление Иоанна IV в Казань»

Взятие Казани стало триумфом молодого Ивана Грозного

Дилетант
Пицца, суши, роллы: что делает бизнес, чтобы люди заказывали и считали еду модной и необходимой Пицца, суши, роллы: что делает бизнес, чтобы люди заказывали и считали еду модной и необходимой

Как бизнес сохраняет интерес к одним и тем же людям в течении многих лет?

Inc.
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
Что такое эффект Стрейзанд: как работать с компроматами Что такое эффект Стрейзанд: как работать с компроматами

Эффект Стрейзанд: что это такое и можно ли с ним совладать?

Psychologies
Мужчины с высоким интеллектом надежнее при долгосрочных отношениях Мужчины с высоким интеллектом надежнее при долгосрочных отношениях

Как уровень интеллекта влияет на романтические отношения у мужчин?

ТехИнсайдер
Пятьдесят — это новые тридцать Пятьдесят — это новые тридцать

Стоит ли радоваться тому, что старость теперь приходит позже?

РБК
Двое в городе Двое в городе

История встречи, любви и совместного бизнеса Иды Галич и Олега Ледвича

OK!
Не только черный и зеленый: какие бывают виды чая и как правильно их заваривать Не только черный и зеленый: какие бывают виды чая и как правильно их заваривать

Пришло время открыть мир чая и узнать секреты его идеального заваривания

ТехИнсайдер
Зоологи допустили существование 30 тысяч видов и подвидов дождевых червей Зоологи допустили существование 30 тысяч видов и подвидов дождевых червей

Как ученые оценили разнообразие дождевых червей на планете

N+1
Рождение матрешки Рождение матрешки

Секреты создания матрешек от фабрики из Сергиева Посада

КАНТРИ Русская азбука
Счастье в отношениях: 4 этапа, которые проходит пара Счастье в отношениях: 4 этапа, которые проходит пара

Счастливые долгосрочные отношения: что они из себя представляют?

Psychologies
Открыть в приложении