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
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
Ужасная красавица Ужасная красавица

Плотный облачный покров долго скрывал от людей настоящий характер этой планеты

ТехИнсайдер
Раскрывая тайны судьбы социолога Раскрывая тайны судьбы социолога

Архивные документы о жизни и творчестве социолога Николая Андреева

Санкт-Петербургский университет
Подсказанный Солнцем Подсказанный Солнцем

Какое вещество сперва нашли не на Земле

Санкт-Петербургский университет
Что делать, если выбрал не ту профессию: 3 рекомендации от профориентолога Что делать, если выбрал не ту профессию: 3 рекомендации от профориентолога

Как построить новую успешную карьеру, если со старой не сложилось?

Psychologies
Мои инопланетяне! Мои инопланетяне!

Если они прилетели, природа сделала уверенный поворот к приходу весны

Наука и жизнь
Женские дела Женские дела

Гинекологические заболевания можно избежать, если вовремя обратиться к врачу

Лиза
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
Искусственный отбор: что не так с венчурными фондами в России Искусственный отбор: что не так с венчурными фондами в России

Почему российский венчурный рынок пока существенно отстает от мировых лидеров

Forbes
Яркость на максимум! Яркость на максимум!

Лаундж-студия KOKO loft для занятий танцами и йогой

SALON-Interior
Убийство Джексона, причастность Бейонсе, насилие над Бибером: 6 главных теорий заговора вокруг дела Пи Дидди Убийство Джексона, причастность Бейонсе, насилие над Бибером: 6 главных теорий заговора вокруг дела Пи Дидди

В чем обвиняют рэпера Пи Дидди?

Psychologies
Худеем по интуиции Худеем по интуиции

Надо ли заставлять себя есть брокколи и шпинат, если к ним не лежит душа?

Лиза
Выгоды будь здоров Выгоды будь здоров

Всё больше компаний мотивируют своих сотрудников проходить диспансеризацию

Men Today
Екатерина Стриженова: «Мы каждый год решаем с мужем: да, живем дальше» Екатерина Стриженова: «Мы каждый год решаем с мужем: да, живем дальше»

Если мужа надо пасти, то зачем он такой мне нужен? Вот я так живу

Караван историй
«110»: драма с Елизаветой Боярской, в которой преступление разделяет мать и дочь «110»: драма с Елизаветой Боярской, в которой преступление разделяет мать и дочь

«110»: фильм-высказывание о том, как мы разучились слышать друг друга

Forbes
Андрей Баранников: Сейчас нет «березок» и «балалаек» в национальной повестке, этот лубок остался позади Андрей Баранников: Сейчас нет «березок» и «балалаек» в национальной повестке, этот лубок остался позади

Что нельзя и что нужно доверять ИИ в сфере коммуникации

СНОБ
Стоп! Снято Стоп! Снято

История поиска жилья в столице от того самого худшего арендатора

Men Today
Повторение сотворения Повторение сотворения

Тавтология как главный прием Киры Муратовой

Weekend
«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
Настоящее прошлое Настоящее прошлое

Новые методы позволяют палеонтологам выяснить подробности ушедших эпох

Вокруг света
Взять вино на себя Взять вино на себя

Почему гибрид – это свобода, а электромобиль – скорее наоборот

Автопилот
Бюджет высоких обязательств: чем может обернуться желание государства больше тратить Бюджет высоких обязательств: чем может обернуться желание государства больше тратить

Высокий уровень государственных расходов будет стимулировать рост зарплат

Forbes
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
Яичное разнообразие Яичное разнообразие

Почему увеличивается интерес потребителя к нишевому яйцу

Агроинвестор
«Мне важно участвовать в чем-то нужном людям» «Мне важно участвовать в чем-то нужном людям»

Зачем герои Марка Эйдельштейна платят стриптизершам

Правила жизни
«Она смотрела на меня серьезно и опасливо всю дорогу, пока не задремала и не стала теплой». Отрывок повести Любы Макаревской «Март, октябрь, Мальва» «Она смотрела на меня серьезно и опасливо всю дорогу, пока не задремала и не стала теплой». Отрывок повести Любы Макаревской «Март, октябрь, Мальва»

Отрывок повести Любы Макаревской о взаимоотношениях человека и собаки

Правила жизни
Два часа на «открытом воздухе» Два часа на «открытом воздухе»

«Бульдозерная» выставка — переломное событие в истории отечественного искусства

Дилетант
Саддам Хусейн, отец нации Саддам Хусейн, отец нации

Самым печально известным из кровавых диктаторов Ирака былл Саддам Хусейн

Дилетант
Он написал самоубийство Он написал самоубийство

Как цензурные запреты помогли «Вертеру» Гёте стать главным романом эпохи

Weekend
Открыть в приложении