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
Полезная передышка Полезная передышка

Как сделать перерыв среди рабочего дня не только приятным, но и полезным

Здоровье
О чём пишут научно-популярные журналы мира О чём пишут научно-популярные журналы мира

Угроза от соли, раннее изучение иностранного языка и электрические самолеты

Наука и жизнь
Не только Соболев. Главные предательства в истории футбола Не только Соболев. Главные предательства в истории футбола

Фигу, Тевес, Роналдо, и другие футболисты, перешедшие к ненавистным соперникам

СНОБ
«Очень приличный император» «Очень приличный император»

Римский император Диоклетиан: тот, кто променял власть на капусту

Дилетант
Ильич раздора Ильич раздора

Фреска Риверы, которая должна была воспевать бурный научно-технический прогресс

Вокруг света
Жизнь других Жизнь других

Жизнь проходит мимо вас, пока другие берут от нее всё? Скорее всего, у вас FOMO

Men Today
Выигрышная комбинация: режиссер Никита Власов — о сериале «Комбинация», работе на свадьбах и о том, как он попал в кино Выигрышная комбинация: режиссер Никита Власов — о сериале «Комбинация», работе на свадьбах и о том, как он попал в кино

Режиссер Никита Власов — о проблемах индустрии и об исторических сериалах

Правила жизни
РПП /расстройство пищевого поведения/ РПП /расстройство пищевого поведения/

Когда погрешности в питании становятся симптомами РПП?

Grazia
Просто не делайте так: правила борьбы с усталостью и выгоранием от Алены Владимирской Просто не делайте так: правила борьбы с усталостью и выгоранием от Алены Владимирской

Алёна Владимирская изучила феномен выгорания и написала книгу «Уставшие»

Forbes
Русский Зондервег? Или немецкий «особый путь»? Русский Зондервег? Или немецкий «особый путь»?

«Особый путь» (нем. Sonderweg) — понятие столь же русское, сколь и немецкое

Дилетант
Как люди живут в «умных городах» и при чем тут ИИ! Интересные факты о будущем Как люди живут в «умных городах» и при чем тут ИИ! Интересные факты о будущем

«Умные города», где искусственный интеллект делает жизнь людей удобнее

ТехИнсайдер
Ступичный подшипник: что это, где находится и как понять, что пора менять Ступичный подшипник: что это, где находится и как понять, что пора менять

Все про ступичный подшипник: где находится, для чего нужен, симптомы

РБК
Восток заходит с Запада Восток заходит с Запада

Geely, но только Belgee

Автопилот
Вопрос цены Вопрос цены

Как формируются индексы сырьевых товаров

Деньги
Новый коллектив Новый коллектив

10 правил, чтобы быстро освоиться и стать своей в новом рабочем коллективе

Лиза
Михаил Куницын: «Я всю ночь не спал в доме Орловой, думал, как спасти это все?» Михаил Куницын: «Я всю ночь не спал в доме Орловой, думал, как спасти это все?»

«Часть наследия Орловой все-таки оказалась в Бахрушинском музее»

Коллекция. Караван историй
Алкоголик, мизогин, благородный узник ГУЛАГа: каким был поэт Николай Заболоцкий Алкоголик, мизогин, благородный узник ГУЛАГа: каким был поэт Николай Заболоцкий

О том, как Заболоцкий в ГУЛАГе стал примером человеческого достоинства

СНОБ
Нейросети-растениеводы Нейросети-растениеводы

Как нейросети помогают узнать, сколько удобрений нужно вносить в почву

Санкт-Петербургский университет
Субурбан-мобиль Субурбан-мобиль

Шок! Внедорожника Haval H5 выросло на удивление много!

Автопилот
«Работодателю важнее навыки и опыт, чем диплом о высшем образовании». Студенты — о преимуществах учебы в колледже «Работодателю важнее навыки и опыт, чем диплом о высшем образовании». Студенты — о преимуществах учебы в колледже

Почему молодежь предпочитает колледжи университетам?

СНОБ
Нобелевский комитет захвачен искусственным интеллектом Нобелевский комитет захвачен искусственным интеллектом

Главным героем Нобелевской недели-2024 стал искусственный интеллект

Монокль
СЦБ – как много в буквах этих! Сигнализация, централизация, блокировка – «ГАИ» железной дороги СЦБ – как много в буквах этих! Сигнализация, централизация, блокировка – «ГАИ» железной дороги

СЦБ: как устроена регулировка железнодорожных путей

Наука и техника
Сергиев Посад Сергиев Посад

Сергиев Посад и его доминанта — Свято-Троицкая Сергиева лавра

КАНТРИ Русская азбука
Витаминный десант Витаминный десант

Самые важные витамины и минералы для женщин, которые помогают не болеть

Лиза
Первый император Японии Первый император Японии

Почему историчность первого императора Японии Дзимму подвергается сомнению?

Дилетант
Бой с тенью Бой с тенью

Как съемки в сериале «Амура» помогли Алене Михайловой обрести себя

Grazia
Город-текст, пытающийся вырваться из своего контекста Город-текст, пытающийся вырваться из своего контекста

Екатеринбург: архитектура советского корпоративного проекта

Weekend
«Извне»: зачем смотреть мрачный и загадочный сериал от создателей «Остаться в живых» «Извне»: зачем смотреть мрачный и загадочный сериал от создателей «Остаться в живых»

«Извне»: хоррор, который заслуживает вашего внимания

Forbes
Фирма веники вяжет Фирма веники вяжет

Вяжем веники в Суздале — центре притяжения адептов русской бани

КАНТРИ Русская азбука
Открыть в приложении