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
Рождение матрешки Рождение матрешки

Секреты создания матрешек от фабрики из Сергиева Посада

КАНТРИ Русская азбука
Частички Частички

Рассказ Игоря Волкова о случайности экспериментов

Наука и жизнь
Центральную Анатолию назвали местом одомашнивания овец Центральную Анатолию назвали местом одомашнивания овец

Скорее всего, люди одомашнили конийских муфлонов в Центральной Анатолии

N+1
Публицистический запрос на безжалостность Публицистический запрос на безжалостность

Как памятник литературы сформулировал кодекс поведения главы государства

Weekend
Как общаться с партнером, чтобы не разрушить отношения Как общаться с партнером, чтобы не разрушить отношения

Почему мы не можем найти взаимопонимание в отношениях?

Psychologies
«Очень приличный император» «Очень приличный император»

Римский император Диоклетиан: тот, кто променял власть на капусту

Дилетант
В гармонии с природой В гармонии с природой

Загородный дом в экостиле с элементами неоклассики

SALON-Interior
Несбыточная «четверка» Несбыточная «четверка»

Почему неадекватный таргет по инфляции является реальной проблемой

Монокль
Мир, который вместе видел нас Мир, который вместе видел нас

«Противостояние»: новая экранизация Юлиана Семенова

Weekend
Срединный путь Срединный путь

Бюджетный кроссовер DFSK 500 пока на уровне топ-версий

Автопилот
Сны про это Сны про это

Как расшифровать эротические сновидения и всегда ли они о сексе

Лиза
Продается ипотека Продается ипотека

Как выставить на продажу залоговое жилье без досрочного погашения кредита

Лиза
Будь здоров, малыш! Будь здоров, малыш!

Ошибки, которые совершают родители, когда лечат насморк, отит или ангину у детей

Лиза
«Время жить»: мелодрама с Флоренс Пью о борьбе с болезнью и партнерских отношениях «Время жить»: мелодрама с Флоренс Пью о борьбе с болезнью и партнерских отношениях

«Время жить»: мелодрама, ставшая пособием по здоровым отношениям

Forbes
Что такое «кофейный сон» и кому он поможет Что такое «кофейный сон» и кому он поможет

Почему иногда привычная чашка кофе перестает бодрить?

Psychologies
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
28 вопросов, которые сближают с людьми 28 вопросов, которые сближают с людьми

Как создать условия, чтобы близкий человек открылся вам.

Psychologies
«Я — скорость»: 20 невероятно быстрых автомобилей, которых запретили допускать к соревнованиями «Я — скорость»: 20 невероятно быстрых автомобилей, которых запретили допускать к соревнованиями

Скоростные машины, которые опасно допускать до соревнований

ТехИнсайдер
Башенные и безбашенные Башенные и безбашенные

Актуальные часы на башнях и стенах столицы

Men Today
Неабстрактный вопрос Неабстрактный вопрос

Нотариус Василий Ралько о том, как правильно завещать бизнес

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Не колой единой Не колой единой

Вспоминаем вкус домашнего кваса, морсов и «газировки» из СССР

Лиза
Всё напоказ Всё напоказ

Вспоминаем ярчайшие модные показы XXI века

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Буржуйка в изразцах Буржуйка в изразцах

Изразцы Ярославля как источник вдохновения для строительства печки на своей даче

КАНТРИ Русская азбука
«У меня ментальное расстройство — я псих?»: в чем разница между «большой» и «малой» психиатрией «У меня ментальное расстройство — я псих?»: в чем разница между «большой» и «малой» психиатрией

Чем различаются «большая» и «малая» психиатрия?

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
От малограмотного мальчика до успешного книгоиздателя: история Ивана Сытина От малограмотного мальчика до успешного книгоиздателя: история Ивана Сытина

История Ивана Сытина — крестьянского сына, который стал успешным бизнесменом

ТехИнсайдер
О чем и как правильно разговаривать с детьми О чем и как правильно разговаривать с детьми

Как разговаривать с детьми, чтобы это было не только интересно, но и полезно

СНОБ
10 лучших хорроров за 2023 и 2024 годы. Часть II 10 лучших хорроров за 2023 и 2024 годы. Часть II

Фильмы на тот случай, еще последние пару лет недостаточно пощекотали вам нервы

Maxim
Дама с собачкой (или кошечкой) Дама с собачкой (или кошечкой)

Когда любовь к питомцу превращается в зависимость

Лиза
Открыть в приложении