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
Российские дороги повернули на Восток Российские дороги повернули на Восток

Как будет развиваться транспортная инфраструктура страны

РБК
Мода бывает разной Мода бывает разной

Мода может проявляться во всем, чем занимается человечество

Знание – сила
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
Борис Ельцин: «Я ухожу не по болезни» Борис Ельцин: «Я ухожу не по болезни»

Интервью с Валентином Юмашевым, зятем Бориса Ельцина, о событиях конца 1999 года

Дилетант
Скрытые повреждения Скрытые повреждения

Хотя Франция отпустила Алжир, война её не отпускала и разъедала изнутри...

Дилетант
Делать то, что нравится Делать то, что нравится

Как раскрыть внутренний потенциал и найти призвание?

Psychologies
Зачем люди делают громкий выхлоп на машине Зачем люди делают громкий выхлоп на машине

Люди решили спросить спонсоров бессонницы и владельцев громкого выхлопа напрямую

Maxim
«Гоголя почитайте, камон,— все то же самое» «Гоголя почитайте, камон,— все то же самое»

Куда смотрит Ленин спустя 100 лет после своей смерти

Weekend
Ловушки для шопоголиков Ловушки для шопоголиков

5 способов потерять деньги, покупая или продавая вещи в Интернете

Лиза
Что такое «лотосовые роды» и почему женщины идут на это, несмотря на опасность Что такое «лотосовые роды» и почему женщины идут на это, несмотря на опасность

Чем опасны «лотосовые роды» и почему их популярность растет?

Psychologies
Тоня Углова Тоня Углова

Автор игрушки кота Владислава про гримасы и фрейдистскую концепцию «жуткого»

Собака.ru
Осенние эфемероиды Осенние эфемероиды

На фоне конфетти из опавшей листвы не унимается ликование осенних цветов

Наука и жизнь
Бойтесь писем начальников: как социальную инженерию используют для взлома данных Бойтесь писем начальников: как социальную инженерию используют для взлома данных

Как компании могут защитить сотрудников и свою репутацию от взлома данных

Forbes
Коллекционер Евгений Шутко: Текстильное искусство — это весьма ценная редкость Коллекционер Евгений Шутко: Текстильное искусство — это весьма ценная редкость

Зачем коллекционировать текстиль и что дает участие в Win-Win молодым авторам

СНОБ
Как домохозяйка Джеральдин Вайс стала первой женщиной — инвестиционным консультантом Как домохозяйка Джеральдин Вайс стала первой женщиной — инвестиционным консультантом

Почти 11 лет инвесторы не знали, что консультант «Дж. Вайс» — женщина

Forbes
Переславль-Залесский Переславль-Залесский

Славный городок, уютно расположившийся на берегу Плещеева озера

КАНТРИ Русская азбука
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
Донорские кроветворные клетки оказались не склонны накапливать мутации после пересадки Донорские кроветворные клетки оказались не склонны накапливать мутации после пересадки

Клетки доноров оказались не склонны накапливать мутации

N+1
Красота на пальцах Красота на пальцах

Лучшие драгоценности в кино, сделавшие драматический сюжет лучше

Правила жизни
Яркость на максимум! Яркость на максимум!

Лаундж-студия KOKO loft для занятий танцами и йогой

SALON-Interior
Операторы просят отложить вступление в силу новых правил продажи сим-карт иностранцам Операторы просят отложить вступление в силу новых правил продажи сим-карт иностранцам

Операторы попросили отложить новые требования по продаже сим-карт

Forbes
Как отстаивать свое мнение и не бояться получить отказ: техники работы со страхом Как отстаивать свое мнение и не бояться получить отказ: техники работы со страхом

Боитесь отстаивать свое мнение, но хотите научиться это делать?

Psychologies
Двое в городе Двое в городе

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

OK!
Как отстирать белые носки без использования отбеливателя: 5 методов, проверенных временем Как отстирать белые носки без использования отбеливателя: 5 методов, проверенных временем

Сделать носки снова белоснежно чистыми не так уж и сложно!

ТехИнсайдер
«Никто этого не хочет»: возможна ли любовь между раввином и ведущей подкаста о сексе «Никто этого не хочет»: возможна ли любовь между раввином и ведущей подкаста о сексе

«Никто этого не хочет»: этот проект сподвигнет вас поверить в вечную любовь

Forbes
«Строительство ведётся беспроектно» «Строительство ведётся беспроектно»

Споры ОГПУ и Госплана о канале Москва — Волга

Дилетант
«Мне важно участвовать в чем-то нужном людям» «Мне важно участвовать в чем-то нужном людям»

Зачем герои Марка Эйдельштейна платят стриптизершам

Правила жизни
Академики на букву К Академики на букву К

Почему многих советских научных героев миновала премия Нобеля?

Знание – сила
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
Открыть в приложении