17.11.2018 09:25
Общество

Ученые ловят частицу-невидимку в лаборатории на Северном Кавказе

В горах Северного Кавказа ученые ловят частицу-призрак
Текст:  Татьяна Барыбина Роман Кияшко
Российская газета - Неделя - Федеральный выпуск: №257 (7720)
Телескоп не на вершине горы, а под ней, на глубине 4500 метров. Представляется с трудом, если учесть, что там нет ни одной линзы и зеркала. Именно такие установки стоят в уникальной нейтринной обсерватории, которая ловит загадочную частицу-невидимку.
Читать на сайте RG.RU
Нейтринная обсерватория в Приэльбрусье

Расположен этот объект на Северном Кавказе в Кабардино-Балкарии. Не так давно участники диковинной научной лаборатории замахнулись на еще большее "чудо" - запустить эксперимент, который первооткрывателю гарантированно принесет Нобелевскую премию.

Баксанскую нейтринную обсерваторию проезжали многие горнолыжники, которые посещали Приэльбрусье. На подъезде к главному зимнему курорту страны в череде названий населенных пунктов с местной топонимикой выделяется табличка "Нейтрино". Встретить ее можно в 26 километрах от бывшей столицы кавказских горняков - города Тырныауза. С дороги мало что удастся разглядеть, только несколько строений справа от дороги. Это научные корпуса и жилые дома, где живут те, кто трудится в недрах горы. Главный же объект слева от трассы на другом берегу реки - Баксанская нейтринная обсерватория Института ядерных исследований Российской академии наук.

Как на Земле ловят космические частицы

Здесь вглубь горного массива под вершину Андыртау проложен тоннель длиной около 4800 метров. Такое расположение не случайно - так удалось защититься от фонового излучения, которое мешало проводить эксперименты.

Нейтринная обсерватория объединяет несколько различных проектов в области ядерной физики. Один из них - Галлий-германиевый нейтринный телескоп (ГГНТ). Говорить о классической трубе с зеркалами и линзами не приходится. Установка состоит из 50 тонн галлия, легкого металла с температурой плавления 30 градусов. Он помещен в реакторы, где и взаимодействует с нейтрино-элементарной частицей без заряда, которая практически не вступает во взаимодействие с веществом.

На протяжении десятилетий здесь регистрируют нейтрино, испускаемое ядром Солнца. Как признается физик, старший научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Валерий Горбачев, научный эксперимент превратился в рутину. Поэтому ученые и задумали провести новый - Baksan Experiment on Sterile Transitions. Или коротко BEST. Потенциал у эксперимента серьезный - первый, кто откроет новую частницу, может рассчитывать на Нобелевскую премию в области физики.

- Науке известны три типа нейтрино - электронные, мюонные и тау-нейтрино. И они могут превращаться друг в друга, когда проходят большие расстояния. Есть также гипотеза о существовании четвертого типа - стерильного нейтрино, которое вообще не взаимодействует с веществом, - рассказывает Горбачев.

Российские вузы попали в топ-100 мирового рейтинга по физике

Именно стерильные нейтрино тут и собираются искать.

Новая установка будет представлять собой бак с радиоактивным источником, в который перекачают 50 тонн галлия. Изотопы будут испускать нейтрино, которое станет превращать галлий в германий. А дальше - привычная процедура подсчета новообразовавшихся атомов.

А вот не взаимодействующие с веществом стерильные нейтрино будут искать... по их отсутствию. Когда ученые ожидают обнаружить определенное количество событий, а фактически их оказывается меньше, резонно предположить, что недостающее количество взаимодействий приходится на эти неуловимые частицы. Конечно, предварительно нужно избавиться от всех побочных факторов, которые могут привести к таким же результатам и внести смуту в подсчеты.

Для нового эксперимента уже есть большая часть необходимого оборудования: бочка и 50 тонн галлия. Осталось лишь дождаться, когда будет готов радиоактивный изотоп - хром-50.

- Для запуска проекта нам нужно 350 миллионов рублей. Сумма эта не такая большая, как может показаться, тем более что научные результаты мы получим уже спустя пять лет после запуска проекта, - поясняет физик.

Нейтринная обсерватория в Приэльбрусье

Институт ядерных исследований РАН координирует реализацию проекта BEST, коллаборация которого насчитывает 26 исследователей, представляющих 15 научных организаций России, Германии, США, Канады и Японии, а ведущая роль принадлежит российскому ИЯИ РАН. Однако по заявлению сотрудника ГГНТ Татьяны Ибрагимовой, другие страны участвуют исключительно как консультанты, и финансовой помощи от них нет.

- Желают участвовать в проекте много стран, но это именно что желания. Нам помогают сугубо научной мыслью. Финансирование исключительно российское, с которым существуют проблемы. Главная причина - это преобразование весной этого года министерства образования и науки в два отдельных органа. Это усложнило выделения средств.

Стерильное нейтрино вообще не взаимодействует с веществом и само его существование - пока гипотеза

Большая часть денег нужна для получения изотопа. В стенах ГГНТ уже все готово для эксперимента. Ожидается, что новый искусственный источник нейтрино на основе радиоактивного изотопа хром-51 будет готов к середине 2019 года, а результаты эксперимента BEST будут опубликованы в 2020 году.

В обсерватории сейчас ждут источник нейтрино - радиоактивный изотоп хром-50. Его изготавливают на Электрохимическом заводе в Красноярском крае. Технологический процесс трудоемкий, так как нужного изотопа в природном хроме всего четыре процента, а для эксперимента требуется не менее 97 процентов.

Но специалисты с поставленной задачей справились. Чистота произведенного вещества составила 98 процентов. Полностью к эксперименту хром-50 будет готов в середине следующего года, когда его перевезут в Кабардино-Балкарию.

Кстати

Самая первая постройка под горой Андыртау - Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп. Он появился здесь в 1977 году.

Телескоп представляет собой сооружение высотой в четырехэтажное здание. Он состоит из баков, заполненных керосином, в котором растворен сцинтиллятор - вещество, способное излучать свет, когда в него попадает заряженная частица. В каждый бак вставлен фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Всего их 3186 штук. Изнутри бак покрыт белой эмалью, которая отражает фотоны.

О чем речь

Нейтрино - одна из фундаментальных частиц, у которой нет заряда. Поэтому она участвует только в слабом и гравитационном взаимодействии. Если со вторым все понятно, то первое происходит, когда нейтрино попадает точно в атомное ядро, что происходит крайне редко.

Каждую секунду через участок в один квадратный сантиметр пролетают 6 x 1010 нейтрино, испущенных только Солнцем, хотя попадают они к нам со всей Вселенной. Однако ни мы, ни окружающие нас предметы и существа никак не ощущаем их присутствие. Именно поэтому регистрировать этих космических странников очень сложно.

Наука Кабардино-Балкария РАН Кубань. Северный Кавказ