В Баксанском ущелье в Кабардино-Балкарии глубоко внутри горы Андырчи находится Баксанская нейтринная обсерватория. В ней в глубоких штольнях ученые-физики уже более полувека «ловят» элементарные частицы, чтобы узнать больше о Солнце и «черных дырах»
«Нейтрино» – сверхлёгкая и почти не взаимодействующая с веществом элементарная частица. То, что она существует, было доказано в 50-х годах XX века. В 60-х годах советское правительство постановило построить в Баксанском ущелье специальную нейтринную обсерваторию. Место было выбрано не случайно. В «коктейле» из сотен видов прочих элементарных частиц нейтрино просто не видна: чтобы её обнаружить, нужен фильтр. Именно таким фильтром стала базальтовая гора Андырчи. Под ней на глубине примерно 2 км и находится лаборатория.
Добраться до места, где ловят нейтрино, непросто. Сначала надо ехать до Нальчика, а от него еще 80 км, или до Минеральных вод, а потом еще 160 км. На пути то и дело встречаются антитеррористические полицейские посты, а на входе в институт выставлена надёжная охрана: однажды на лабораторию уже пытались напасть.
Самый последний этап пути – узкая штольня длиной 4 км, по которой ездит что-то среднее между шахтёрскими вагонетками и детским паровозиком. Тоннели и помещения в горе Андырчи прорубили отряды метростроевцев из Баку и Минска – отсюда и буква «М» на входе.
20 минут езды почти в полной темноте под толщами базальта – и поезд останавливается перед глухими воротами. Они обеспечивают безопасность лабораторий.
Перед входом в лабораторию все обязательно переодеваются и переобуваются – чтобы с грязью и пылью на ботинках и одежде не приносить с поверхности земли изотопы космического происхождения: они влияют на радиационный фон. «Он здесь подавлен в 15-20 раз по сравнению с обычными помещениями за счет специального низкофонового бетона, – объясняет Александр Шихин, научный сотрудник Баксанской нейтринной обсерватории. – Бетона здесь примерно 70 см-метр».
Солнечные нейтрино ловит сверхчувствительный галлий-германиевый нейтринный телескоп. С его помощью учёные пытаются понять, что за процессы происходят на Солнце, каким образом оно светит и греет.
«Телескоп» – это очень условное название, на самом деле это химический детектор», – говорит Шихин.
Галлий – легкий металл, который плавится прямо в руках, едва температура превысит 30 градусов Цельсия. Именно он лучше всего взаимодействует с нейтрино. В огромных опечатанных тефлоновых бочках в лаборатории хранится около 50 тонн галлия, при помощи которых, возможно, будут извлечены всего несколько десятков частиц.
«Через каждый квадратный сантиметр на поверхности, хотя бы через мой ноготь, каждую секунду проходит порядка 70 млрд штук нейтрино, которые зародились на Солнце. Но количество провзаимодействовавших может быть одно – за всю мою жизнь», – замечает ученый.
«1977-79 годы, по-моему, первое событие было: нейтрино, идущее снизу, – вспоминает Валерий Кузьминов, заведующий Баксанской нейтринной обсерваторией. – Это был восторг! Всё, к чему мы стремились!»
Химик Ольга Жорова рассказывает технологию «поиска» частиц:
С помощью сложных химических реакций 50 тонн жидкого металла сначала превращают в полторы сотни литров экстракта, потом – в два литра, а потом в стакан прозрачного раствора. Его заливают в специальную стеклянную установку, где раствор проходит многоступенчатую очистку от примесей с помощью вымораживания на различных ловушках, с помощью жидкого азота, с помощью прогрева на титановой, на железной, на углеродной стружке. «И только потом он попадает в разные ловушки и попадает в высоко-чистую вакуумную часть установки», – перечисляет она.
На выходе получается всего полкубических сантиметра газообразного германия, который содержит всего 5-6 оставшихся после распада атомов со следами нейтрино. Этот материал на долгие месяцы запрут в массивном кубе-счетчике – чтобы получить свежую информацию из самого центра Солнца.
«Это многослойная конструкция из различных низкофоновых металлов: несколько см стали, 20 см свинца, еще 10 см меди и внутри еще стоит внутренняя активная защита, – перечисляет Жорова. – Все это защищает счетчики от радиоактивности, в том числе и от той, которой обладаем мы сами. И вот внутри этой пассивной и активной защиты в течение трех месяцев производится подсчет единичных распадов германия-71, который образовался в радиохимическом детекторе во время экспозиции».
Самое большое помещение лаборатории – зал Большого сцинтиляционного телескопа размером с четырехэтажный дом. Он сверху донизу заставлен специальными детекторами частиц.
«Детекторов примерно 3200, размером 70 на 70 и на 30. Они из алюминия, внутри покрыты белой эмалью и заполнены очищенным керосином С9Н20, – рассказывает Евгений Мартаков, инженер Большого подземного сцинтилляционного телескопа. В керосине, по его словам, растворены сцинтилляторы – вещества, способные превращать энергию частиц в свет. Специальные устройства в чёрных цилиндрах – фотоэлектронные умножители. Они считывают световые сигналы и передают их на регистрирующие компьютеры. Так учёные видят движение частиц в реальном времени.
Рядом стоит еще один телескоп, также размером с дом. Он фиксирует более мощные нейтрино, мюоны, которые летят к Земле из далекого космоса. Благодаря этому телескопу почти 30 лет назад был зафиксирован взрыв сверхновой звезды в Магеллановом облаке – это более, чем 160 тысяч световых лет от нас.
«Когда звезда взрывается, мы видим её, как днем!» – говорит Евгений Мартаков.
Еще одна лаборатория была открыта позже остальных, когда Советский Союз уже распался. Здесь ищут солнечные андронные аксионы – частицу, о существовании которой физики-теоретики пока только догадываются.
Сейчас в недрах лаборатории монтируют установку для эксперимента BEST, одного из самых ожидаемых событий в физике элементарных частиц. С помощью этого эксперимента учёные собираются либо доказать, либо опровергнуть гипотезу о существовании так называемых «стерильных» нейтрино, которые обладают значительно большей массой и ещё меньшим взаимодействием с веществом. Возможно, это поможет понять природу тёмной материи и, может быть, принесёт учёным Нобелевскую премию.
«Если результат будет отрицательный – конечно, мы не получим никакой премии, но это будет хороший научный результат: окажется, что нет такого процесса, можно туда больше не ходить, – говорит Валерий Кузьминов, заведующий Баксанской нейтринной обсерваторией. – Вы же не узнаете, что у вас лежит, есть ли там клад, пока не откопаете?»
Баксанская обсерватория давно вызывает интерес у коллег-учёных из других областей науки: где ещё найдешь столь очищенные от радиации помещения или такие глубокие пещеры под горой? Биологи изучали здесь влияние газа радона на организм, а геофизики попросили разместить свою аппаратуру в самом сердце горы. Также в советские времена американские физики-ядерщики из Лос-Аламоса регулярно посещали Баксанское ущелье, проводили совместные эксперименты, делились опытом и знаниями. Но сегодня интенсивность сотрудничества заметно снизилась.
Глава лаборатории жалуется на то, что для нынешних российских властей фундаментальная наука также не является приоритетом.
«Сейчас страна, государство, правительство такими задачам не готово заниматься, я так понимаю. Приоритеты сменились около десятилетия назад, когда у нас резко начала ухудшаться международная обстановка. Ну, и вообще капиталистам это не нужно, капиталистам не нужна фундаментальная наука», – с горечью признает Валерий Кузьминов.
