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
Рассеянный склероз повысил риск развития рака мочевого пузыря и матки Рассеянный склероз повысил риск развития рака мочевого пузыря и матки

С рассеянным склерозом имеется повышенный риск рака мочевого пузыря и матки

N+1
Универсальный актёр Универсальный актёр

Николай Черкасов мог сыграть кого угодно

Дилетант
Образ жизни без кредита у организма Образ жизни без кредита у организма

Сеть клиник Biorise осваивает биохакинг

Монокль
Чистая работа Чистая работа

Как избавляться от цифрового мусора и кому можно поручить эту работу?

РБК
Что делать, если мать винит вас во всем: 6 способов не вестись на эту манипуляцию Что делать, если мать винит вас во всем: 6 способов не вестись на эту манипуляцию

Как, никого не обидев, освободиться от влияния родителя

Psychologies
Предатели Предатели

В истории каждого народа есть не только свои герои, но и антигерои

Дилетант
«Не могу ни спать, ни работать, пока муж в командировке» — это уже созависимость? «Не могу ни спать, ни работать, пока муж в командировке» — это уже созависимость?

Где грань между привязанностью и созависимыми отношениями

Psychologies
Что такое адаптивный круиз-контроль и чем он отличается от обычного Что такое адаптивный круиз-контроль и чем он отличается от обычного

Адаптивный круиз-контроль: что за устройство, в чем сильные и слабые стороны?

РБК
Между нами тает лед Между нами тает лед

Михаил Сергачев о том, с чего начинался его собственный путь на льду

Men Today
Ирина Тиусонина — о премии Wheretoeat, российских ресторанах в Дубае и выходе на международный рынок Ирина Тиусонина — о премии Wheretoeat, российских ресторанах в Дубае и выходе на международный рынок

Как изменилась ресторанная индустрия и почему звезды Мишлен больше неактуальны

СНОБ
Пожары семейных страстей: как дети воспринимают сложные эмоции взрослых Пожары семейных страстей: как дети воспринимают сложные эмоции взрослых

О влиянии недовольства, гнева и обид в отношениях родителей на ребенка

Forbes
«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
Ближний Восток в спирали войны Ближний Восток в спирали войны

Остановит ли иранский удар амбициозные планы Биньямина Нетаньяху?

Монокль
Бот еще: чем опасна для бизнеса «забытая» автоматизация Бот еще: чем опасна для бизнеса «забытая» автоматизация

Не стоит забывать об одном риске IT-компании — «забытой» автоматизации

Forbes
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
«Его три дочери»: драма о сестринстве с Элизабет Олсен, Наташей Лионн и Кэрри Кун «Его три дочери»: драма о сестринстве с Элизабет Олсен, Наташей Лионн и Кэрри Кун

Как фильм «Его три дочери» переосмысляет тему сестринства

Forbes
Азбучные неистины Азбучные неистины

Перечислим несколько «азбучных истин» из учебников, опровергнутых временем

Вокруг света
Ключ к осознанному забыванию Ключ к осознанному забыванию

Можно ли с помощью медитаций научиться намеренно забывать ненужную информацию?

Санкт-Петербургский университет
«Кровавый зуб» «Кровавый зуб»

...Из-под ног вспорхнули рябчики. Кто-то удивлённо спросил: «Это что, кровь?»

Наука и жизнь
Сила огня и металла: как женщины работают в кузнице и почему не боятся тяжелого труда Сила огня и металла: как женщины работают в кузнице и почему не боятся тяжелого труда

Мастерицы кузнечного дела — о рабочей рутине и стереотипах

Forbes
Как самому проверить шины на брак: 6 неочевидных советов от эксперта шинного центра Как самому проверить шины на брак: 6 неочевидных советов от эксперта шинного центра

Признаки, которые укажут на брак автомобильной резины

ТехИнсайдер
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
Елена Образцова. Непобедимая Елена Образцова. Непобедимая

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

Караван историй
Дама с собачкой (или кошечкой) Дама с собачкой (или кошечкой)

Когда любовь к питомцу превращается в зависимость

Лиза
«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
Павел Стародубцев: Без хорошего дизайна компания будет размазней Павел Стародубцев: Без хорошего дизайна компания будет размазней

Дизайнер Павел Стародубцев — про Артемия Лебедева и русский визуальный код

СНОБ
Наталия Защипина: «С Сатирой связана вся моя жизнь!» Наталия Защипина: «С Сатирой связана вся моя жизнь!»

Плучек все-таки оттащил меня от кино. А Андрюшка Миронов меня ругал

Караван историй
Тиражное, ставшее индивидуальным Тиражное, ставшее индивидуальным

Как Владимир Куприянов отменил неповторимость «решающего момента»

Weekend
История развития морских беспилотников. Часть 3 История развития морских беспилотников. Часть 3

О создании подводного беспилотника Судного дня и о других морских беспилотниках

Наука и техника
Открыть в приложении