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

Изумрудный истребитель Изумрудный истребитель

Какой рыбак не знает зимородка, этого красавца в изумрудно-синем камзоле?

Наука и жизнь
Нейромаркетинг: как наука о восприятии формирует будущее рекламы Нейромаркетинг: как наука о восприятии формирует будущее рекламы

Нейромаркетинг изучает потребительское поведение и маркетинговые стратегии

Вокруг света
Во всем мире Во всем мире

Атомное будущее Луны и таинственные люди из Такаркори

Знание – сила
Антидворянец: Макс Линдер Антидворянец: Макс Линдер

Слухи и сплетни о визите легендарной кинозвезды Макса Линдера в Петербург

Правила жизни
Закат империи Закат империи

Разгромив Мамая, Тохтамыш начал войну со своим бывшим союзником — Тамерланом

Дилетант
Сэкономьте на химчистке! Вот что нужно знать для стирки пальто и пуховика в домашних условиях Сэкономьте на химчистке! Вот что нужно знать для стирки пальто и пуховика в домашних условиях

Как постирать зимнюю верхнюю одежду дома?

ТехИнсайдер
Первый император Японии Первый император Японии

Почему историчность первого императора Японии Дзимму подвергается сомнению?

Дилетант
Придет серенький волчок Придет серенький волчок

Действительно ли ночные кошмары и лунатизм так опасны, как мы думаем?

Лиза
«История двух сестер»: что нужно знать про корейского режиссера Ким Джиуна «История двух сестер»: что нужно знать про корейского режиссера Ким Джиуна

Фильм Ким Джиуна оказал огромное влияние на корейский кинематограф

СНОБ
Многоликий Ян Многоликий Ян

Ян Гинзбург: разархивирование настоящего

Weekend
Когда прибывает поезд Когда прибывает поезд

Рассказ Ольги Брейнингер о желании сбежать из реального мира в иллюзорный

Правила жизни
Так «бомж-пакет» или деликатес? 10 неожиданных фактов о лапше быстрого приготовления Так «бомж-пакет» или деликатес? 10 неожиданных фактов о лапше быстрого приготовления

Чего вы не знали о лапше быстрого приготовления

ТехИнсайдер
Счастье в отношениях: 4 этапа, которые проходит пара Счастье в отношениях: 4 этапа, которые проходит пара

Счастливые долгосрочные отношения: что они из себя представляют?

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

Куда смотрит Ленин спустя 100 лет после своей смерти

Weekend
Он написал самоубийство Он написал самоубийство

Как цензурные запреты помогли «Вертеру» Гёте стать главным романом эпохи

Weekend
10 лучших фильмов ужасов за последние десять лет, которые стоит посмотреть каждому. Выбор читателей «Правил жизни» 10 лучших фильмов ужасов за последние десять лет, которые стоит посмотреть каждому. Выбор читателей «Правил жизни»

От «Реинкарнации» до «Субстанции»: фильмы ужасов, которые стоит посмотреть

Правила жизни
«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
Раскрывая тайны судьбы социолога Раскрывая тайны судьбы социолога

Архивные документы о жизни и творчестве социолога Николая Андреева

Санкт-Петербургский университет
Кофе во время беременности не нарушил нервно-психическое развитие детей Кофе во время беременности не нарушил нервно-психическое развитие детей

Употребление кофе во время беременности не связано с нарушениями у детей

N+1
Валерия Федорович: «После «Кухни» мне ничего не страшно» Валерия Федорович: «После «Кухни» мне ничего не страшно»

Думала: что ему до моих проблем? А он отнесся ко мне по-человечески

Караван историй
10 лучших «вечных» советов по уходу за кожей, которые передаются из поколения в поколение 10 лучших «вечных» советов по уходу за кожей, которые передаются из поколения в поколение

Какие бьюти-рекомендации выдержали испытание временем.

VOICE
Чем привлекает SERES M7? Прежде всего запахом Чем привлекает SERES M7? Прежде всего запахом

Тест-драйв премиального китайского кроссовера SERES M7

4x4 Club
Переславль-Залесский: Личный опыт Переславль-Залесский: Личный опыт

Отправляясь в Переславль-Залесский, закиньте в авто доску для серфинга!

КАНТРИ Русская азбука
Семь причин мешков под глазами Семь причин мешков под глазами

Какие факторы способствуют появлению отеков под глазами

Здоровье
Почему произошло извержение вулкана Хунга-Тонга в 2022 году Почему произошло извержение вулкана Хунга-Тонга в 2022 году

Что послужило причиной крупнейшего извержения вулкана в 2022 году?

ТехИнсайдер
Как Нобелевская премия по литературе становится проклятием для писателей Как Нобелевская премия по литературе становится проклятием для писателей

Нобелевская премия порой приносит с собой не только славу, но и крах карьеры

Psychologies
«В нашем браке есть все, кроме секса. Мужа устраивает, но я не могу с этим смириться»: нашей читательнице отвечает эксперт «В нашем браке есть все, кроме секса. Мужа устраивает, но я не могу с этим смириться»: нашей читательнице отвечает эксперт

Почему из отношений уходит то, ради чего их начинали мужчина и женщина?

Psychologies
Астероиды стали источником цинка и дали возможность развитию земной жизни Астероиды стали источником цинка и дали возможность развитию земной жизни

Без «нерасплавленных» астероидов на Земле не появилось бы жизни

ТехИнсайдер
«Все совпадения неслучайны»: детективная драма с Кейт Бланшетт о лжи и предубеждениях «Все совпадения неслучайны»: детективная драма с Кейт Бланшетт о лжи и предубеждениях

«Все совпадения неслучайны»: почему этот сериал надо досмотреть до конца

Forbes
К чему снятся крысы: толкование образа по сонникам и мнение психолога К чему снятся крысы: толкование образа по сонникам и мнение психолога

Процветание и изобилие или предательство и подлость — к чему снятся крысы?

Psychologies
Открыть в приложении