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

Ландышевое дерево Ландышевое дерево

Ландышевое дерева, или халезия, — украшение майского сада

Наука и жизнь
Татьяна Ким: «Планы на Ближний Восток, Азию и Африку остаются в силе» Татьяна Ким: «Планы на Ближний Восток, Азию и Африку остаются в силе»

Чего ждут подростки от e-commerce, зачем сейлерам наружная реклама

РБК
Про пропан Про пропан

Если газ сжиженный, то он всё-таки ещё газ или уже жидкость?

Наука и жизнь
Сочувствие господину Пингвину Сочувствие господину Пингвину

«Пингвин»: комикс, снятый по правилам Нового Голливуда

Weekend
Наша история Наша история

Продажа Аляски в 1867 году была объективной необходимостью

Дилетант
Несут какой-то вред Несут какой-то вред

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

Men Today
Инвестиции в будущее: как женщины преодолевают барьеры в креативных индустриях Инвестиции в будущее: как женщины преодолевают барьеры в креативных индустриях

Почему инвестировать в женские проекты выгодно?

Forbes
Почему кошек ни в коем случае нельзя брать за шкирку? Ведь мамы-кошки именно так и делают Почему кошек ни в коем случае нельзя брать за шкирку? Ведь мамы-кошки именно так и делают

Что чувствует кот, подвешенный за шкирку и почему делать так нельзя?

ТехИнсайдер
Как общаться с партнером, чтобы не разрушить отношения Как общаться с партнером, чтобы не разрушить отношения

Почему мы не можем найти взаимопонимание в отношениях?

Psychologies
Фирма веники вяжет Фирма веники вяжет

Вяжем веники в Суздале — центре притяжения адептов русской бани

КАНТРИ Русская азбука
Что такое думспендинг и почему люди тратят деньги на ненужные и бессмысленные вещи Что такое думспендинг и почему люди тратят деньги на ненужные и бессмысленные вещи

Думспендинг: что это за способ борьбы со стрессом и чем он опасен?

Forbes
Игорь Бутман — о Московском джазовом оркестре и предстоящем туре Игорь Бутман — о Московском джазовом оркестре и предстоящем туре

Саксофонист Игорь Бутман — о современной музыке и ювелирном искусстве

РБК
Фонотека Фонотека

Композиторы, чей вклад в создание киношедевра не уступает режиссерскому

Правила жизни
Третья форма денег Третья форма денег

В России стартовал второй этап проекта по использованию цифрового рубля

Деньги
Что прочитать, чтобы начать жизнь заново и поверить в себя: 3 бестселлера Что прочитать, чтобы начать жизнь заново и поверить в себя: 3 бестселлера

Книги, которые помогут по-новому взглянуть на то, что у нас уже есть сейчас

Psychologies
Африка и африканцы во времена колоний Африка и африканцы во времена колоний

Как происходила колонизация Африки и к чему она привела

Знание – сила
Нейросети-растениеводы Нейросети-растениеводы

Как нейросети помогают узнать, сколько удобрений нужно вносить в почву

Санкт-Петербургский университет
Экономике предложили альтернативы Экономике предложили альтернативы

Как возможное ухудшение макроэкономической ситуации повлияет на АПК

Агроинвестор
Шерстяные аристократы: все самое важное и интересное, что следует знать о британских кошках Шерстяные аристократы: все самое важное и интересное, что следует знать о британских кошках

Чем британские коты отличаются от своих сородичей?

ТехИнсайдер
Инновации решают Инновации решают

Каким окажется будущее российской экономики

Деньги
«Вторая экономика мира и первый партнер России» «Вторая экономика мира и первый партнер России»

Россия и Китай: как сегодня развивается двусторонняя торговля

РБК
Актриса Ирина Темичева: «Самая большая глупость, что я слышала, это то, что все мужчины изменяют» Актриса Ирина Темичева: «Самая большая глупость, что я слышала, это то, что все мужчины изменяют»

Актриса Ирина Темичева раскрывает секрет долгих и счастливых отношений

Maxim
Двое в городе Двое в городе

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

OK!
Кто такие дэдбоды — новый (и хорошо знакомый) тип мужчин, которых боготворят в соцсетях Кто такие дэдбоды — новый (и хорошо знакомый) тип мужчин, которых боготворят в соцсетях

Отцы снова в тренде — или, по крайней мере, их внешность

Psychologies
Материнская смертность у японских макак оказалась ниже человеческой Материнская смертность у японских макак оказалась ниже человеческой

Средний уровень материнской смертности у макак не превышает и процента

N+1
Как зимой хранить электровелосипед, если его нельзя хранить никак: эти 4 совета вы редко где встретите Как зимой хранить электровелосипед, если его нельзя хранить никак: эти 4 совета вы редко где встретите

Как хранить электровелосипед, чтобы не повредить его аккумулятор?

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
«Я вас понял!» «Я вас понял!»

Искренне ли Шарль де Голль полагал, что Алжир может остаться французским?

Дилетант
Апгрейд карьеры: как и почему в России растет спрос на курсы по ИИ Апгрейд карьеры: как и почему в России растет спрос на курсы по ИИ

Почему есть разработчики, которые за счет дообучения хотят «украсить» резюме

Forbes
Как хобот слона стал самым невероятным хватательным органом на планете Как хобот слона стал самым невероятным хватательным органом на планете

Главную роль в достижении удивительной гибкости хобота у слонов играют морщины

ТехИнсайдер
Открыть в приложении