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
Элементы красоты Элементы красоты

Как улучшить состояние кожи при кожных заболеваниях – рекомендации нутрициолога

Лиза
Миротворец-империалист Миротворец-империалист

Весь период правления Никита Сергеевич отчаянно боролся за мир

Дилетант
Яйцо Яйцо

Почему яйца называют чемпионами завтрака?

Здоровье
Возвращение «черных лебедей» Возвращение «черных лебедей»

Угрозы мировой экономике и финансовой системе в 2023 году

Деньги
Ученые вывели устойчивые к волнам жары кораллы Ученые вывели устойчивые к волнам жары кораллы

Ученые вывели кораллы, способные выдержать потепление воды

N+1
Огонь-трава Огонь-трава

Повстречав это растение на своём пути, непременно замедлишь шаг

Наука и жизнь
Москва зодиакальная Москва зодиакальная

Астрологическая карта столицы: выбери свой счастливый район

Лиза
В какой позе лучше всего спать В какой позе лучше всего спать

Какое положение для все же лучше всего подходит для полноценного ночного отдыха?

ТехИнсайдер
Полезная передышка Полезная передышка

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

Здоровье
Ковровая резня Ковровая резня

«Ужасающий-3»: масштабное возвращение клоуна-маньяка

Weekend
Кладовая генов Кладовая генов

Развитие генетики в России во многом связано с работой биолога Юрия Филипченко

Санкт-Петербургский университет
Академики на букву К Академики на букву К

Почему многих советских научных героев миновала премия Нобеля?

Знание – сила
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
Прошу к барьеру! Прошу к барьеру!

Можно ли доверять презервативу полностью в деле защиты от инфекций?

Лиза
«Начинать нужно с пороха» «Начинать нужно с пороха»

Михаил Хубутия о форуме «ORЁLEXPO 2024» и проблемах отрасли товаров для охоты

Деньги
Физики порадовали астрономов улучшенным детектором одиночных фотонов инфракрасного диапазона Физики порадовали астрономов улучшенным детектором одиночных фотонов инфракрасного диапазона

Физики разработали детектор одиночных фотонов инфракрасного диапазона

N+1
Мифотворчество и Мартин Скорсезе: 5 фактов о композиторе Джачинто Шельси Мифотворчество и Мартин Скорсезе: 5 фактов о композиторе Джачинто Шельси

Джачинто Шельси: несколько фактов о загадочном композиторе

РБК
Что влияет на вашу репутацию? Ученые раскрыли секрет успешного сотрудничества! Что влияет на вашу репутацию? Ученые раскрыли секрет успешного сотрудничества!

Как поддерживать сотрудничество между людьми без опоры на социальные нормы?

ТехИнсайдер
Башенные и безбашенные Башенные и безбашенные

Актуальные часы на башнях и стенах столицы

Men Today
Саддам Хусейн, отец нации Саддам Хусейн, отец нации

Самым печально известным из кровавых диктаторов Ирака былл Саддам Хусейн

Дилетант
«Мыльная опера» или «выдохшаяся газировка»: 8 типов расставаний и как их пережить «Мыльная опера» или «выдохшаяся газировка»: 8 типов расставаний и как их пережить

Как пережить расставание?

Psychologies
Ирина Медведева: «Если кто-то думает, что у меня идеальная жизнь, — пусть так и считает» Ирина Медведева: «Если кто-то думает, что у меня идеальная жизнь, — пусть так и считает»

«Мне все улыбались. Франция — это страна улыбающихся людей»

Коллекция. Караван историй
Нефтяные качели Нефтяные качели

Что происходит с ценой на углеводороды

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
Сергиев Посад: А что вокруг? Сергиев Посад: А что вокруг?

Три города Серебряного, или Малого Золотого, кольца

КАНТРИ Русская азбука
Неабстрактный вопрос Неабстрактный вопрос

Нотариус Василий Ралько о том, как правильно завещать бизнес

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Что делать, если новая кожаная сумка пахнет химикатами: 5 советов по борьбе с неприятным ароматом Что делать, если новая кожаная сумка пахнет химикатами: 5 советов по борьбе с неприятным ароматом

Из-за чего появляется запах химикатов и как от него избавиться?

ТехИнсайдер
Самец магота научился отпугивать сородичей хлопком в ладоши Самец магота научился отпугивать сородичей хлопком в ладоши

Магот из Леса обезьян в Рокамадуре изобрел новый для своего вида жест

N+1
Он всё забывает! Он всё забывает!

Откуда у ребенка берутся проблемы с рабочей памятью и как ему помочь

Здоровье
Открыть в приложении