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
Красота на пальцах Красота на пальцах

Лучшие драгоценности в кино, сделавшие драматический сюжет лучше

Правила жизни
Лучезарный Лучезарный

За прозвищем князя Александра Куракина стояло несметное богатство

Дилетант
«Америка и век джаза». Отрывок из книги композитора Эндрю Ганта «Америка и век джаза». Отрывок из книги композитора Эндрю Ганта

Как появился джаз в Америке?

СНОБ
Мариэтта Цигаль-Полищук: «Раньше мне иногда говорили: «Ты прямо Раневская...» Но когда появилось это предложение, я испугалась» Мариэтта Цигаль-Полищук: «Раньше мне иногда говорили: «Ты прямо Раневская...» Но когда появилось это предложение, я испугалась»

Первое время было и страшно, и тяжело. Очень сложно переступить: кто она и кто я

Коллекция. Караван историй
Новые книги о животных и растениях Новые книги о животных и растениях

Выбор Игоря Гулина в подборке новых книг о животных и растениях

Weekend
Из грибов и с грибами Из грибов и с грибами

Заморозка, сушка, соление, маринование — всё о блюдах из грибов, дарах природы

Наука и жизнь
Яркий сжатый вакуум сгенерировал высокие гармоники Яркий сжатый вакуум сгенерировал высокие гармоники

Физики сгенерировали высокие гармоники в магний-легированном ниобате лития

N+1
Курс на Восток Курс на Восток

Интерьер как портрет владелицы с учётом принципов древнеиндийской философии

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Дорожные «Карты»: почему «Яндекс» чуть не закрыл «Навигатор» Дорожные «Карты»: почему «Яндекс» чуть не закрыл «Навигатор»

В 2021–2022 годах «Яндекс» рассматривал возможность закрытия «Навигатора»

Forbes
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
Продажи важнее креатива и ценности бренда Продажи важнее креатива и ценности бренда

Какие вызовы сегодня стоят перед российскими модными компаниями

Монокль
Любовь и эволюция в искусстве. О чем говорили на дискуссии «Сноба» на Cosmoscow Любовь и эволюция в искусстве. О чем говорили на дискуссии «Сноба» на Cosmoscow

На ярмарке Cosmoscow прошла дискуссия на тему вечного и актуального в искусстве

СНОБ
(Не)уязвимый лес (Не)уязвимый лес

Что грозит лесным массивам России

Санкт-Петербургский университет
3 этапа отношений, через которые проходит каждая пара 3 этапа отношений, через которые проходит каждая пара

Какие этапы проходят все влюбленные и что за опасности их подстерегают?

Psychologies
Почему буксует всегда одно колесо – и еще 3 необычных факта о дифференциале автомобиля Почему буксует всегда одно колесо – и еще 3 необычных факта о дифференциале автомобиля

Дифференциал: что это за устройство, зачем он нужен?

ТехИнсайдер
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
Как управлять через сигналы и не доводить до кризисов Как управлять через сигналы и не доводить до кризисов

Распространенные ошибки руководителей из книги «Менеджмент глазами ресторатора»

Forbes
Российская инфраструктура ищет партнеров Российская инфраструктура ищет партнеров

Государственно-частное партнерство стало локомотивом для больших проектов

РБК
Их разыскивает Интерпол: какие инструменты защиты действуют при экстрадиции Их разыскивает Интерпол: какие инструменты защиты действуют при экстрадиции

Какие существуют инструменты защиты для тех, кто объявлен в международный розыск

Forbes
Что вас ждет, если вы влюбитесь в психопата: 4 фазы отношений Что вас ждет, если вы влюбитесь в психопата: 4 фазы отношений

С этими фазами сталкиваются все женщины, оказавшиеся в сетях психопата

Psychologies
Фитнес и иммунитет: не всё так однозначно Фитнес и иммунитет: не всё так однозначно

Почему любой вид фитнеса может привести к снижению иммунитета и болезням?

Здоровье
Башенные и безбашенные Башенные и безбашенные

Актуальные часы на башнях и стенах столицы

Men Today
Отпуск на водах Отпуск на водах

Какова цена оздоровительного путешествия

Деньги
«Всю жизнь мне нравилось сочинять истории» «Всю жизнь мне нравилось сочинять истории»

Как любовь к кино определила карьеру режиссера и сценариста Никиты Власова

Правила жизни
Пропала энергия? Какие продукты помогут зарядить вас Пропала энергия? Какие продукты помогут зарядить вас

Почему уже в середине дня вы умираете с голоду?

ТехИнсайдер
Тока этого мало Тока этого мало

Электроэволюция в одной отдельно взятой стране

Автопилот
Материальный и ментальный минимализм: 3 способа избавиться от лишнего в доме и голове Материальный и ментальный минимализм: 3 способа избавиться от лишнего в доме и голове

Как отказ от лишнего в ментальной и материальной сферах улучшит вашу жизнь?

Psychologies
Женская самоценность: 3 ступени к уверенности в себе Женская самоценность: 3 ступени к уверенности в себе

Женская уверенность в себе: из чего она состоит и можно ли её укрепить?

Psychologies
Единственный протокол стимуляции тета-вспышками уменьшил симптомы шизофрении Единственный протокол стимуляции тета-вспышками уменьшил симптомы шизофрении

Стимуляция тета-вспышками снижает симптоматику у пациентов с шизофренией

N+1
Открыть в приложении