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
В чем секрет долголетия? Все зависит от того, с кем вы проводите время В чем секрет долголетия? Все зависит от того, с кем вы проводите время

Почему социальные животные, как правило, живут дольше остальных?

ТехИнсайдер
Время Льва. Зимнее небо Время Льва. Зимнее небо

Об одном из самых крупных зодиакальных созвездий — созвездии Лев

Наука и жизнь
Гора меняет человека Гора меняет человека

Зачем основателю архитектурного бюро SIO лезть в гору с рюкзаком

RR Люкс.Личности.Бизнес.
От падучей до святости От падучей до святости

Главные события, связанные с именем царевича Дмитрия

Дилетант
Особняк с историей Особняк с историей

Книга о доме, в котором родился Владимир Набоков

Санкт-Петербургский университет
«Красная книга – это не просто книжка с картинками» «Красная книга – это не просто книжка с картинками»

Чем ценны суслики, почему важно их изучать и зачем надо их охранять

Наука
Засыпать карьеру Засыпать карьеру

Перипетии непредсказуемой актерской судьбы на примере известных фильмов

Правила жизни
Город, сбросивший историческую память Город, сбросивший историческую память

Архангельск: морозное процветание новой стабильности

Weekend
Уоллес Стегнер «Угол покоя». Впервые на русском Уоллес Стегнер «Угол покоя». Впервые на русском

Отрывок из романа Уоллеса Стегнера «Угол покоя» о биении жизни

СНОБ
Красота на пальцах Красота на пальцах

Лучшие драгоценности в кино, сделавшие драматический сюжет лучше

Правила жизни
«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
Братья и сестры: обида длиною в жизнь Братья и сестры: обида длиною в жизнь

Как наладить отношения с братом или сестрой

Лиза
Дом для университета Дом для университета

История СПбГУ неразрывно связана со зданием Двенадцати коллегий

Санкт-Петербургский университет
Плесень и заломы: какие вещи категорически нельзя хранить в вакуумных пакетах Плесень и заломы: какие вещи категорически нельзя хранить в вакуумных пакетах

Вакуумные пакеты подходят далеко не для всех типов одежды

ТехИнсайдер
Необычайные приключения одной теории Необычайные приключения одной теории

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

Знание – сила
В гармонии с природой В гармонии с природой

Загородный дом в экостиле с элементами неоклассики

SALON-Interior
7 комнатных растений, которые можно выращивать в обычной банке 7 комнатных растений, которые можно выращивать в обычной банке

Как в банке вырастить комнатный цветок?

VOICE
Кострома Кострома

Кострома — квинтэссенция русской жизни

КАНТРИ Русская азбука
«В нашем браке есть все, кроме секса. Мужа устраивает, но я не могу с этим смириться»: нашей читательнице отвечает эксперт «В нашем браке есть все, кроме секса. Мужа устраивает, но я не могу с этим смириться»: нашей читательнице отвечает эксперт

Почему из отношений уходит то, ради чего их начинали мужчина и женщина?

Psychologies
«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
28 вопросов, которые сближают с людьми 28 вопросов, которые сближают с людьми

Как создать условия, чтобы близкий человек открылся вам.

Psychologies
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
Астероиды стали источником цинка и дали возможность развитию земной жизни Астероиды стали источником цинка и дали возможность развитию земной жизни

Без «нерасплавленных» астероидов на Земле не появилось бы жизни

ТехИнсайдер
Когда спорт не на пользу Когда спорт не на пользу

Но излишнее рвение в спорте, особенно у начинающих, может обернуться проблемами

Лиза
Синяя акула выжила с пробитой меч-рыбой головой Синяя акула выжила с пробитой меч-рыбой головой

Первый случай, когда синюю акулу пронзила меч-рыба, и она выжила

N+1
Как перестать бояться того, что родители стареют: 5 шагов Как перестать бояться того, что родители стареют: 5 шагов

Как побороть страх перед родительской старостью?

Psychologies
Азия в фокусе Азия в фокусе

Куда поехать осенью за теплом и морем – выбрали 5 достойных внимания направлений

Лиза
Бедный Павел Бедный Павел

О драматической судьбе Павла Первого и о его отношениях с матерью

Знание – сила
История Михаила Пичугина и других людей, которым удалось выжить в открытом море История Михаила Пичугина и других людей, которым удалось выжить в открытом море

Истории выживания на большой воде

СНОБ
Открыть в приложении