"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.
Земли аула находятся на территории Сельского поселения Эльбрус (муниципальное образование), которое входит в состав Эльбрусского района Кабардино-Балкарии. Наиболее приближенные населенные пункты к Нейтрино: Эльбрус, Верхний Баксан, Курму, Кызген, Джапыр-Тала.
Топонимика
По звучанию имя поселка больше напоминает название какого-либо известного модного бренда или предприятия, связанного с инновационными технологиями. Топоним был дан селению в честь самой быстрой солнечной частицы, которую исследуют ученые в Баксанской нейтринной обсерватории, расположенной в здешней местности.
Особенности рельефа и климата
Нейтрино находится в Баксанском ущелье на высоте около 1,6 км над уровнем моря. Горный рельеф и резкие перепады высот оказали существенное влияние на местный климат, который характеризуется наличием горячих ветров «фён» в весеннюю пору. Опасность таких ветров состоит в том, что они, как правило, сопровождаются резким падением давления, что плохо сказывается на самочувствии.
История основания
Село Нейтрино возникло на останках древнего поселения Губасанты, занявшего территорию правого берега реки Губа-Санты-Суу. Древний аул являл собой поселение, состоявшее из двух кварталов, в котором проживали представители двух тейпов: Тиловы и Курдановы.
В период окончания ВОВ все население Губасанты выслали в Среднюю Азию, а земли передали Грузинской ССР. В 1957 году жители населенного пункта были реабилитированы, однако возвращаться им было некуда – от родных домов не осталось камня на камне.
В 1977 году было решено создать крупнейший научный центр в Баксанском ущелье, вокруг которого и образовался новый аул с новым именем Нейтрино.
Современная жизнь поселка
Вся инфраструктура и экономическая жизнь Нейтрино обустроены под потребности Баксанской нейтринной лаборатории.
В современном мире этот научный комплекс является крупнейшим центром, который занимается экспериментальными исследованиями в области астрофизики и ядерной физики. Обсерватория состоит из подземных лабораторий, разделенных на два тоннеля длиной более 3,6 км под горой Андырчи.
Основной состав населения представлен балкарцами (67%) и русскими (15%). Большая часть сотрудников лабораторий баксанского научно-исследовательского комплекса проживают в Нейтрино.
Недалеко от населенного пункта (приблизительно 10-20 км) расположены популярные горнолыжные курорты – Эльбрус и Чегет. Нейтрино – идеальное место для временного пристанища туристов-горнолыжников. Поскольку аул немного отдален от курортной зоны, цены на аренду жилья здесь вполне приемлемые, а дорога к базе не отнимет больше получаса.
aslan wrote in February 9th, 2017Подземная лаборатория, радиоактивный углерод, поиски темной материи, взрывы сверхновых... Нет, это не фантастический триллер. Это Баксанская обсерватория.
Ученые давно охотятся за нейтрино. Рожденные в недрах Солнца, эти частицы позволяют понять, что происходит внутри нашего светила. А выброшенные всплеском сверхновых звезд — рассказывают о глубоком космосе.
Излучаемые недрами Земли нейтрино имеют малую энергию и пока не пойманы, но в будущем они наверняка дадут информацию и о нашей планете. Возможно, нейтрино удастся использовать для связи на больших расстояниях, глубоко под водой и под землей — ведь они движутся почти со скоростью света, не имеют заряда и пролетают сквозь все, что попадается на пути, не взаимодействуя с материей. Почти не взаимодействуя — иногда они все же сталкиваются с атомами, чем и пользуются в Баксанской нейтринной обсерватории в Кабардино-Балкарии, одной из важнейших для мировой науки точек на карте. Здесь, в глубоком подземелье, работают сразу два нейтринных телескопа.
3500 метров вглубь земли
Те, кто бывал у подножья Эльбруса с юга, наверняка обращали внимание на табличку с названием населенного пункта «Нейтрино» незадолго до Терскола. В череде этнических названий поселений научное словечко выглядит необычно. Однако с трассы ничего странного разглядеть не получится. Дорога тут уходит к научному корпусу, а чуть дальше на холме расположились несколько высотных домов, где живут ученые, инженеры и техперсонал. А самое интересное, «сердце Нейтрино», находится по другую сторону ущелья, за рекой Баксан — сооружения построены прямо под горой. Такое расположение позволяет во много раз снизить фоновое радиационное излучение, которое может повлиять на результаты экспериментов.
Через бурный поток перекинут подвесной мост. С одной его стороны висит табличка «Лавиноопасная зона». Наш попутчик, физик, старший научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Валерий Горбачев говорит, что в 2003 году здесь сошла лавина. Она разрушила техническую постройку, буквально сровняла ее с землей, снесла остановку у дороги. Снежная крошка тогда залепила окна жилых домов на другой стороне склона.
А вот в середине 90-х объект пострадал уже от рук человека. Ночью неизвестные захватили электровоз, на котором передвигаются по километровым тоннелям, и устроили погром в лабораториях. С тех пор вход под гору стали охранять, а все помещения закрывать на замки.
У входа в штольню уже стоят люди, как они сами говорят, «ждут метро». Вскоре подъезжает и состав, хотя жители крупных городов вряд ли узнают в нем привычные для метрополитена вагоны. Электровоз, больше похожий на поставленный на рельсы прямоугольник с двумя несимметрично расположенными фарами, тянет за собой по узкоколейной железной дороге вагонетки. Работу транспорта обеспечивает целый штат железнодорожников, а поезд ходит строго по графику. Не успел? Придется пройти несколько километров пешком в полной темноте.
В пути можно вздремнуть, до места назначения — около 20 минут вглубь горного массива. Состав несколько раз останавливается: иногда кто-то выходит к своей лаборатории, а иногда нужно открыть очередные ворота — чтобы сразу за поездом вновь закрыть. Наконец мы на месте. Отметка — 3500 метров. Это конечная остановка для большинства пассажиров. Состав же отправляется еще дальше.
Как увидеть нейтрино?
В просторном помещении — бытовка, где все сотрудники в обязательном порядке переобуваются. Мы к этому не готовы, и нам выдают бахилы. Дежурный проверяет пропуски, выдает ключи. И вот мы проходим через высокие ворота с надписью «Галлий-германиевый нейтринный телескоп». Сокращенно — ГГНТ.
— Здесь каждый день проводят влажную уборку, а сменная обувь нужна, чтобы не заносить из шахты пыль и грязь, — рассказывает Валерий, пока мы идем по просторным помещениям телескопа, — Все объекты на поверхности, да и порода внутри горы содержат радиоактивные изотопы. Они могут повлиять на результаты экспериментов. Поэтому стены телескопа сделаны из специального бетона с низким содержанием радиоактивных элементов и обшиты металлическими листами. Такая защита снижает радиационный фон в десятки миллионов раз.
Когда телескоп расположен под горой, говорить о классической трубе с зеркалами и линзами не приходится. Ничего этого здесь нет и в помине. «Сердце» ГГНТ состоит из 50 тонн галлия, легкого металла с температурой плавления в 30 градусов. Он помещен в реакторы, где и взаимодействует с нейтрино — элементарной частицей, у которой отсутствует заряд и которая практически не вступает во взаимодействие с веществом.
Нейтрино рождаются в недрах Солнца в процессе термоядерных реакций и сразу же уносятся в космос. Часть из них долетает до Земли, но из-за своих свойств пролетает сквозь планету и почти с ней не взаимодействует. Поймать удается только ничтожную часть.
В мире существуют несколько установок по регистрации этих неуловимых космических странников. Технология с использованием галлия — уникальная в своем роде. По словам Горбачева, ГГНТ регистрирует нейтрино малых энергий, на что другие детекторы не способны.
Но, даже поймав, увидеть нейтрино нельзя. Можно только зафиксировать последствия их взаимодействия с веществом. Так в ГГНТ ловят одну из трех разновидностей — электронные нейтрино. Они врезаются в ядро галлия и превращают его в изотоп германия-71, который находится в соседней ячейке таблицы Менделеева. Раз в месяц из галлиевой мишени (именно так называют специалисты 50 тонн этого элемента) извлекают образовавшийся таким образом германий.
— В среднем за месяц образуются всего около 30 атомов. Представляете, каких трудов стоит извлечь их из многотонной массы? — говорит Валерий. — Для этого мы добавляем 250 микрограммов германия, но другого, нерадиоактивного. Потом с помощью химических реакций извлекаем его, помещаем в специальный счетчик, и он определяет количество радиоактивных атомов. Кстати, во время извлечения германия инженеры остаются в лаборатории на сутки — испытание не из легких.
Поэтому здесь стоит аквариум, хотя из-за окружающей атмосферы сначала кажется, что над рыбками проводят опыты.
Мы перемещаемся в помещение, где подсчитывают число образовавшихся изотопов. Увидеть сам счетчик не удается — его скрывают свинцовые блоки, которые, к слову, здесь повсюду. — Это чистый, нерадиоактивный свинец. Он защищает счетчики от внешнего излучения, которое может повлиять на чистоту эксперимента, — поясняет Горбачев. К нам присоединяется один из сотрудников. В его обязанности входит ревизия имеющихся радиоактивных элементов. Валерий достает из сейфа металлический контейнер с характерным символом радиации, открывает его и смело берет в руки источники излучения. — Конечно, глотать их не стоит, но в руках подержать можно, — шутит он.
Стерильные нейтрино: поймай, если сможешь
Оказывается, регистрация солнечных нейтрино — повседневная рутина, которую выполняют сотрудники ГГНТ уже много лет. Но сейчас они готовят новый эксперимент, который может принести Нобелевскую премию. — 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.
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 так же, как и в ГГНТ, станут превращать галлий в германий. А дальше — привычная процедура подсчета новообразовавшихся атомов. Вообще 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 приходятся 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. Еще нужно закупить радиоактивный источник, но пока нет финансирования. — Для запуска проекта нам нужно 300 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.
Подземные источники и темная материя
До отправления электровоза остается меньше часа, и мы спешим дальше вглубь тоннеля — до отметки в 3800 метров. Идем пешком, и, когда отходим от входа в ГГНТ, нас окутывает тьма. Слышен звук бьющих из-под земли нарзанных источников. Пить эту воду никто не решается, зато источники создают причудливые сталактиты и сталагмиты. Сотрудники лабораторий откалывают их и показывают гостям.
Впереди появляется свет, и вскоре мы подходим к лаборатории низкофоновых исследований. Здесь нет грандиозных построек, поэтому на сравнительно небольшой территории проводят сразу несколько экспериментов. Почти все они преследуют практические цели. Так, германиевый низкофоновый сверхчистый полупроводниковый детектор помогает обнаружить материалы, в которых почти отсутствуют нестабильные изотопы. Здесь ищут материалы для других научных экспериментов, объясняет научный сотрудник лаборатории института ядерных исследований Владимир Казалов.
— Во многих опытах требуются материалы, в которых очень мало тория и урана и продуктов их распада. Здесь мы отбираем образцы из тех, что нам присылают, — говорит он.
С помощью углерода-14 определяют возраст археологических и палеонтологических находок. Большая его часть образуется в верхних слоях атмосферы, в незначительных количествах он есть повсюду в атмосфере. Когда какой-то предмет попадает под землю, углерод-14 перестает в него поступать. А так как изотоп радиоактивный, то со временем он распадается.
Ученые подсчитывают его оставшееся количество и определяют возраст находки — будь то погибшее доисторическое животное или орудие труда древнего человека. У детектора серьезная защита. Изнутри это медь и свинец, а сверху его покрывает борированный пластик.
В соседнем помещении за 15-сантиметровой свинцовой дверью — установка для исследования сцинтилляторов на наличие углерода-14. Сцинтилляторы — это вещества, которые обладают способностью излучать свет при поглощении ионизирующего излучения. Их используют в том числе для регистрации нейтрино. А вот углерод-14 — радиоактивный изотоп. По словам Владимира Казалова, когда в эксперименте нужен сцинтиллятор на основе углерода, радиоактивность только мешает. Поэтому в лаборатории низкофоновых исследований создали установку для поиска сцинтилляторов с низким содержанием углерода-14. Найти такой природный источник очень сложно.
В следующем помещении находится установка по поиску адронных аксионов — гипотетических частиц-кандидатов на темную материю. Пока их обнаружить не удалось.
— Как-то мой коллега из Москвы, он занимается поиском темной материи, подходит ко мне и спрашивает: «Вы открыли что-нибудь? Не открывайте. Еще рано», — шутит Казалов.
Кстати, пока мы переходим из одного помещения в другое, температура вокруг заметно вырастает. Без искусственной вентиляции воздух здесь может прогреться до 40 градусов и выше: содержащиеся в горной породе радиоактивные элементы в результате распада выделяют тепло, оно здесь и накапливается.
Старый телескоп для сверхновых звезд
Подъезжает электровоз. На этот раз дорога занимает меньше времени, так как мы остановились примерно в километре от поверхности. Нас встречает физик Мусаби Болиев. Он ведет нас к самой старой постройке под горой — Баксанскому подземному сцинтилляционному телескопу (БПСТ), построенному в 1977 году. Телескоп представляет собой сооружение высотой в четырехэтажное здание. Он состоит из баков, заполненных керосином, в котором растворен сцинтиллятор. В каждый бак вставлен фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Всего их 3186 штук. Изнутри бак покрыт белой эмалью, которая отражает фотоны.
Если в ГГНТ регистрируют электронные нейтроны малых энергий, то этот телескоп ловит мюонны. Они образуются, когда мюонное нейтрино врезаются в атом. Эти заряженные частицы «прошивают» сцинтиллятор, в результате чего рождаются фотоны. Отражаясь от стенок емкостей, они попадают в ФЭУ — сигнал от них многократно усиливается и поступает в компьютерную систему для анализа.
— В момент строительства многие не верили, что установка будет работать. В каждом умножителе напряжение тока от 1600 до 2000 вольт. Сигналы от них нужно синхронизировать так, чтобы все они поступали в аппаратуру одновременно, — говорит Болиев.
Возраст у телескопа почтенный, но он работает без сбоев. ФЭУ, которых в 70-е закупили в большом количестве, сейчас стоят в коробках вдоль стены. Большая часть из них до сих пор не понадобилась. Однако, несмотря на то что телескоп был построен почти 40 лет назад, сегодня он решает фундаментальные задачи физики. Кроме статистической информации о солнечном нейтрино, БПСТ регистрирует катастрофические события в далеком космосе — такие как взрывы сверхновых звезд
Время возвращаться, и Мусаби Болиев берется проводить нас обратно, к поверхности. На этот раз идем пешком. Всё, как в известном выражении — «свет в конце тоннеля», к которому мы и шли. Современная поп-культура создает ауру загадочности вокруг таких объектов: подземная лаборатория, научные исследования, радиоактивность. Шум капающей воды в темноте да свист никогда не утихающего ветра…
Реальность оказывается гораздо более впечатляющей. Тут не боятся излучения, потому что знают его природу и умеют с ним обращаться. Нет легенд и сказок про духа горы, потому что тут работают люди научного взгляда. Находясь здесь, чувствуешь причастность к чему-то великому. Связь с космосом и, если уж на то пошло, со всем прогрессивным человечеством, интересующимся научными проблемами.
Жми на кнопку, чтобы подписаться на "Как это сделано"!
Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану ([email protected] ) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано
Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс , где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.
Жми на иконку и подписывайся!
> Баксанское ущельеДата: 27.04.2003
НЕМНОГО ГЕОГРАФИИ
Баксанское ущелье расположено на западе Кабардино-Балкарии, подъем по нему занимает несколько часов на автобусе. Река Баксан ("пенная вода" то ли с кабардинского, то ли с балкарского) вытекает из одного из эльбрусских ледников - Большого Азау и представляет собой обычный горный поток, узкий, быстрый, каменистый. Ущелье ограничивается с одной стороной Главным Кавказским хребтом (по которому проходит граница с Грузией), с другой - отрогами Эльбруса. В этом ущелье на высоте примерно 1650 м над уровнем моря расположена Баксанская Нейтринная обсерватория. Мы разместились в поселке Терскол, подняшись по дороге ещё километров на 15, на высоте более 2000 м. Вверх от нас, километрах в 4-х, - только поляна Азау (2300 м) у подножья Эльбруса с канатной дорогой, вниз - всё ущелье: поляна Чегет, где мы жили в прошлый раз и где есть ещё одна канатная дорога, село Байдаевка, куда мы ходили на водопад, Тегенекли с альпинистко-охотничьим музеем имени Высоцкого, село Эльбрус с базой КБГУ, поселок Нейтрино (угадайте, что там находится;)), село Верхний Баксан. Ближайший город - Тырныауз, где когда-то добывали вольфрам и молибден (а сейчас все стоит), регулярно смываемый мощными селями, но достаточно красивый в обычное время, -расположен километрах в 40.
Я знаю, что ничего не знаю...
Тематика докладов была такой: теоретические модели и экспериментальные результаты по космологии, суперсимметрии, гравитации и гравитационным волнам, черным дырам, темной материи, нейтринным осцилляциям, солнечным нейтрино, космическим лучам (как наземные, так и подземные эксперименты), эффекту ГЗК, проекты новых детекторов для всего этого. Если какие-то слова непонятны, не отчаивайтесь и посмотрите в Словарь, где я попробовал объяснить сущность главных научных проблем в этой области простыми словами.
Действо шло, естественно, на английском, потому что мероприятие международное: собрались японцы, итальянцы, поляки, бельгийцы. Основная масса, конечно, русские (ох уж этот русский английский! да и японский вариант тоже забавен) из нашего Института Ядерных Исследований. Были и "импортные" русские (ЦЕРН, США, Израиль).
Параллельно в Эльбрусе проходила так называемая Молодежная школа экспериментальной и теоретической физики, уже на русском языке, организованная МИФИ, гораздо менее интересная. На ней выступали уже обычные студенты, я тоже рассказал про генерацию вторичных частиц мюонами космических лучей. Вещи достаточно элементарные, но важные (фон при исследованиях редких событий) и малоизвестные. На этой мифической школе рассказывали уже про все, относящееся к физике. Короче, обычная, несколько скучная, конференция.
Не скажу, что я посетил много докладов, предпочитая темному залу прогулки на природе. Почти всю теоретическую часть я пропустил, посетив только экспериментальные работы, где меньше страшных формул и больше красивых картинок. Но кое-что всё-таки уяснил:)
БАКСАНСКАЯ НЕЙТРИННАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ
Обязательный пункт мероприятия в Баксанском ущелье - экскурсия на БНО. Только в СССР могли себе позволить вырыть в горе несколько штолен чисто для научных исследований (в мире всего несколько подобных обсерваторий - в Италии (Gran Sasso), США (Soudan, Homestake), Японии (Kamioka), Канаде (Sudbury), но там они расположены либо уже в существующих шахтах, либо в автомобильных туннелях). Как и два года назад, нам показали БПСТ (Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп) и SAGE (Soviet-American Gallium Experiment) - установки красивы даже внешне. Все впечатления практически сводятся к стихотворению про БНО двухлетней давности (См. Приложение 2), понятно, почему: такие эксперименты длятся годами, а то и десятилетиями (как раз отмечалось 25 лет БПСТ).
Если к БПСТ обычно идут пешком по длинному, темному, широкому тоннелю, то к SAGE, расположенному на расстоянии более 3 км от входа в пещеру, проложена ветка, по которой ходит двухвагонный поезд метро. Над въездом в туннель даже красуется гордая буква М, напоминающая о подземке больших городов. Два года назад мы все ехали в поезде, было тесновато, но не страшно. Но на этот раз места в метро всем не хватило, и я изъявил желание поехать на локомотиве, работающем от аккумуляторов, которых хватает примерно на две поездки туда-обратно, вместе с машинистом и увидел весь туннель и многочисленные боковые штольни для планировавшихся дополнительных экспериментов. Но СССР развалился, денег нет. Обидно, ведь здесь мы по-прежнему если не впереди, то как минимум на равных со всей планетой.
Как это ни удивительно, но горы здесь везде:) - куда ни посмотри. Кажется, вершины рядом - полчаса подъема и ты наверху. Ха! В первый день мы полезли на самую близкую к нам гору (Итколбаши), высоко залезли, метров на 400:-/. Все измучились, запыхались, до вершины только по высоте - больше километра. А шли-то по лугу, не по снегу, камням или леднику (да и обуви не было подходящей). Самое веселое было спускаться обратно: чуть разгонишься - и поминай как звали. Речка Терскол внизу ждет тебя (с гор в Баксан стекает много потоков поменьше, некоторые даже имеют собственные названия). Эти луга - пастбище для баранов и быков, даже сейчас, когда травы на склонах не было совсем, все равно стада бродили и что-то щипали.
Погода здесь меняется каждые 5 минут - то ветер с дождем, то вновь солнце выглянет. Облака иной раз ползут очень низко, закрывая нижнюю часть гор, а верхнюю всё равно видать.
Во второй день с утра докладов не было, и мы решили махнуть кататься на лыжах на Азау, благо, в гостинице есть прокат, и бесплатный автобус. Нам просто повезло: для таких ламеров нашелся инструктор по льготной цене (обычно - 300 р за занятие, курс не меньше недели, а с нас взяли те же деньги с группы), которая не только нас поставила на лыжи и показала приемы спуска, но даже разрешила скатиться по-настоящему: мы поднялись на одну очередь фуникулера (поднялись бы и выше, да времени не хватало) до 3000 м и спустились оттуда (что разрешают делать не раньше 5-го дня, но у нас не было столько времени и денег).
Очень повезло в тот день с погодой: на небе - ни облачка, с высоты видно весь Главный Кавказский хребет и Эльбрус, а также ущелье. Очень живописная панорама. Как, интересно, фотографии это отразят? (Экспонометр просто зашкаливал!) Впоследствии выяснилось, что это был единственный день с такой идеальной погодой за время нашего пребывания здесь. Мы использовали свой шанс!
На высоте было страшно, мы еле на лыжах-то стоим. Но если не бояться иногда упасть (а мы отдыхаем и не ставим себе целью съехать быстро и красиво!), то все в порядке. Настроение менялось от "...Ну не тащиться же обратно на фуникулер с этими лыжами:-0", пока мы были метрах в 100-150 от него, через "Как объехать эти камни???" до "Мы сделали это!" Смотришь вверх, откуда только что спустился, задираешь голову, осматриваешь камни, видишь, как там кувыркается кто-то из наших, и самооценка очень повышается: "Я-то уже внизу!" Во время спуска падал я часто (один раз ощущаю, что слетают темные очки, сразу же слепну, валюсь, пропахиваю метров 5 по снегу, прилетаю прямо к очкам, а жестко затянутый, чтобы не болтался и не мешал, рюкзак с фотоаппаратом почему-то оказывается надетым через голову), но внизу оказался третьим. Как быстро же я должен был двигаться между падениями! (Или остальные всё же падали не меньше моего?)
Удовольствие получил немалое, но второго раза пока не было...
В нескольких километрах от Терскола есть водопад: безымянный ручеек, прежде чем ринуться в Баксан, свергается каскадом с горы. Как же не сходить туда, к тому же по пути мы будем проходить нарзанные источники!
Шли не торопясь, часто останавливаясь и делая фотографии всего что попало: дороги, реки, гор, деревьев. Очень сильно менялись условия съемки: на 16-й диафрагме, самой узкой, я выставлял выдержки почти хаотически во всём диапазоне от 1/30 с до 1/500, причем и этого не всегда хватало, чтобы удовлетворить рекомендациям экспонометра. Чувствительность пленки, естественно, была 100. (Интересно, что получится у Славика на его мыльницу и 400-ку? Додумался же человек!)
Поляна Нарзанов представляет собой множество источников разной солености, с сероводородом и без него. Самый красивый расположен чуть в стороне. Его мощность такова, что вокруг течет просто река минералки! Интересное зрелище: оранжевая от избытка железа вода, островки зеленой травы, белые горы на заднем плане. Некоторые нарзаны обладают слабительным действием, и к вечеру я, как попробовавший наибольшее количество сортов, имел возможность убедиться в этом. :(
Километра через полтора показался водопад. Мы поднялись вдоль него насколько это было возможно, пока не сообразили, что мы достаточно мокрые от брызг и спускаться будет небезопасно. Водопад образован из нескольких ступеней. Высота падения воды с каждой - не более 5-7 метров, но в сумме (и издалека) получается вполне красивое зрелище. Что интересно - и в самом низу вода стекает как бы по терраскам сантиметров по 20-40 почти до самой дороги на берегу Баксана. (Вообще, интересно, что разломы пород очень часто происходят здесь под прямыми углами и достаточно строго параллельно друг другу, как видно на больших камнях и выступах скал). Купаться в водопаде мы все же не стали, хотя, может быть, стоило. Но умыться - умылись; очень приятная вода, свежая, холодная и прозрачная (на вкус безвкусная, почти дистиллированная). Видел, как в камнях играли несколько птичек (условно назовем их камнеломками), размером побольше воробья, достаточно упитанных, брюшко серое, спинка почти черная, а крылья - темно-красные, пурпурные, и в то же время достаточно яркие. А вот изумрудных зимородков, которые любят такие каменистые речные перекаты, не встречал (может, ещё не сезон или вообще на такой высоте они не водятся?).
Нашли даже что-то вроде пещеры: среди камней - дыра, уходящая вниз, полчеловека туда влазит свободно, а дальше мы экспериментировать не стали. И ещё какие-то желтенькие цветочки притулились прямо чуть ли не на вертикально отвесных (а то и с отрицательным уклоном) склонах камней, скромненько, но в отсутствие другой растительности... Нашли несколько раковин - как они здесь оказались?
Обратная дорога - в гору, но пошли бодро (к обеду вернулись домой), остановились только у турбазы Иткол, где мирно паслось стадо лошадей, был даже маленький жеребеночек. Нас они не заметили и позировать не стали.
Чегет известен своим рынком, где можно купить очень дешево шерсть в любом виде: начиная от грубо выделанных шкур и пряжи, до мохнатых шапок и свитеров из овечьей шерсти. Рынок, хоть и небольшой, похож на классический восточный базар по степени приставучести продавцов: "Посмотри мой товар, парень, всё - твоего размера". Можно и торговаться, сбавить цену в полтора раза (а то и в два) вполне реально, хотя и начальные цены не очень высокие.
Ещё здесь очень вкусные шашлыки и домашнее вино. Кафешек несколько, иногда предлагают глинтвейн, но нам не повезло. :(Хотя, наверное, его лучше пить наверху, когда совсем замерзнешь. Несколько литров вина мы увезли с собой. Пока ещё есть, но скоро кончится;)
СНЕГОПАД
В последний день с утра повалил такой снег, что где-то внизу оборвалась ЛЭП, и Терскол остался без света. Доклады все отменили, хорошо, что завтрак дали. Снега было столько, что даже ближних гор было не видно, местность превратилась в равнину, в обычный сосновый лес. И снег тут же начинал ссыпаться с веток (особенно если по стволу пнуть), что было очень красиво, но наводило на мысли о лавинах (одну из них мы видели, когда ехали в аэропорт. К счастью, она сошла на другом берегу Баксана в безлюдном месте и дорогу не завалила).
Мы слепили снежную бабу (причем сами чуть было не стали на неё похожи). Фигуристую, выше человеческого роста, для глаз взяли яблоки, для рта - банан, нос вылепили из снега и украсили апельсиновой кожурой, прическу сделали из сосновых веток. Дама получила имя - Miss Wolfram (по названию нашей гостиницы), и все сразу побежали фотографироваться в обнимку с ней. Сколько денег можно было заработать! Иностранцы были просто в восторге и некотором изумлении: как в такой холод, из такой холодной субстанции, как снег, можно что-то делать? Мы хотели было забросать их снежками, да пожалели и стали кидаться меж собой.
Хуже всего было потом в номере: нет света - нет горячей воды и отопления. К счастью, запустили запасной генератор и мы смогли отогреться. А доклады затянулись до самой ночи из-за постоянных перебоев со светом.
ПОСЛЕСЛОВИЕ
Это ещё далеко не всё, что мы там делали, только общие черты. Множество мелких приключений, деталей будет проявляться в устных рассказах при просмотре фотографий (со стаканчиком кавказского вина;)). Скажу по секрету, я уже проявил свои пленки: на них есть очень примечательные кадры!
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. GLOSSARY, или Физика частиц для лириков :) НЕЙТРИНО - маленькая легкая частица, слабо взаимодействующая с веществом (она может пройти Землю насквозь, ничуть не замедлившись), которая может обладать колоссальной энергией, неся тем самым информацию из самых глубин Вселенной. КОСМОЛОГИЯ - наука о самом начале нашей Вселенной и о её развитии. Согласно большинству современных моделей, в начале Вселенной был Большой Взрыв (но никто не может точно сказать, что это такое на самом деле), а потом при остывании (и одновременном расширении) родились все частицы (и свет тоже). Со временем эти частицы начали соединяться, образуя атомы, молекулы, газовые облака, из которых родились галактики, звезды, планеты. А Вселенная раздулась до тех огромных размеров, какие есть сейчас. СУПЕРСИММЕТРИЯ - теория, появившаяся в связи с проблемой темной материи: каждой известной частице (particle) соответствует суперсимметричный партнер (sparticle), из числа которых можно найти подходящих кандидатов для темной материи. Возможно появление новых взаимодействий на очень маленьких расстояниях (много меньше размеров ядра). С этим тесно связаны теории ВЕЛИКОГО ОБЪЕДИНЕНИЯ (GUT): все известные взаимодействия являются частными проявлениеяи одного взаимодействия. Напрямую это взаимодействие можно увидеть при очень высоких энергиях. Одним из проявлений этого должен явиться распад свободного протона, подобно тому, как распадается свободный нейтрон. ЧЕРНАЯ ДЫРА - область пространства-времени, из которой ничто, даже свет, не может вырваться наружу. ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ - Существуют указания на то, что мы видим от силы 10% всей материи. Куда девалась остальная? Вот оставшуюся, невидимую, часть и называют черной материей. Это могут быть черные дыры, те же нейтрино, не открытые пока суперсимметричные частицы и кто знает, что ещё? ГРАВИТАЦИЯ - притяжение, известное ещё со времен Ньютона. Эйнштейн объяснил гравитацию как искривление пространства-времени, получив релятивистскую теорию (при скоростях, близких к скорости света). Проблема в том, что нет теории квантовой гравитации и неясно, как это взаимодействие будет себя вести на больших расстояниях (порядка межгалактических расстояний и больше) и как гравитацию включить в GUT. ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ - подобно электромагнитному взаимодействию, действие гравитации распространяется до бесконечности. Раз существуют электромагнитные волны (радио, свет, рентгеновские и гамма- лучи), почему бы не быть гравитационным? Однако они настолько слабы, так легко теряются на фоне колебаний Земли, связанных и с деятельностью человека, что нужны очень тяжелые детекторы (обычно - алюминиевые цилиндры размерами несколько метров), которые есть в США и Италии, есть проект строительства подобной штуки на Баксане. Но обнаружить эти волны пока не удалось, несмотря на то, что кое-какие заявления по этому поводу были. НЕЙТРИННЫЕ ОСЦИЛЛЯЦИИ - существуют три типа нейтрино и, по-видимому, они могут переходить друг в друга, осуществлять колебания (осцилляции) из одного состояния в другое. Гипотеза возникла в связи с нехваткой СОЛНЕЧНЫХ НЕЙТРИНО: по стандартной Солнечной модели, неплохо описывающей процессы внутри Солнца, количество нейтрино, приходящих от Солнца, должно быть в 2 раза больше наблюдаемого. Но наблюдать мы можем хорошо только электронные нейтрино, так, может быть, они по пути как раз и переходят в другие состояния, которые мы улавливаем значительно хуже? SAGE - эксперимент по поиску нейтрино от Солнца. Основан на ядерной реакции, когда галлий, провзаимодействовав с нейтрино, переходит в германий. Очень красивый эксперимент (в мире существуют только 2 установки: SAGE и итальянская GNO), как раз дающий ту самую нехватку. ЭФФЕКТ ГЗК, GZK CUTOFF (Грейзен-Зацепин-Кузьмин; причем двух последних я знаю лично) - теоретически получается, что выше определенной энергии, частицы из Космоса (космические лучи) к нам доходить не могут. Тем не менее, кое-кто утверждает, что постоянно наблюдает такие высокоэнергичные (прилагательное образуется именно так!) частицы. Ошибка эксперимента или новая физика? СЦИНТИЛЛЯТОР - вещество (в БПСТ и "моем" LVD - на основе парафина), способное светиться при попадании в него заряженных частиц (и не только). Свет собирается фотоумножителями, потом, если постараться, можно определить тип и энергию прошедшей частицы. Подобного рода эксперименты проводятся глубоко под землей, чтобы уменьшить фон от процессов, проходящих в атмосфере. Наземные эксперименты по изучению широких атмосферных ливней (частица, взаимодействуя с ядрами воздуха, способна родить кучу других частиц, те так же могут провзаимодействовать, и т.д. и получается широкий атмосферный ливень), так называемые EAS array детекторы, также достаточно важны, особенно при одновременном подземном наблюдении. ЦЕРН (Европейский Центр Ядерной Физики) - ускорительный комплекс на границе Швейцарии и Франции (Женева), где строится самый большой ускоритель на данный момент, с которым связывают открытие многих частиц. Есть проект эксперимента по созданию специального пучка нейтрино, ловить которых будут в Италии на расстоянии более 700 км, чтобы проверить, есть ли осцилляции. |
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Баксанская Нейтринная Обсерватория Посёлок физиков Нейтрино Весь посвящен единой цели: И этим он далёк от мира, Подземным богом - установка - Тоннель приводит вверх куда-то, Что служат долго главной цели: Открытий много знает славных Пародия: метро вагоны Подача воздуха обильна, Германий, галлий, литры, тонны, События идут внезапно, И вход сегодня лишь свободный, Я понял: рядом запах тайны, |  |
 |
|
| 21.04.2001
БНО, подземелье | |
© 2007-2019 - Вадим Бояркин, текст; Вадим Бояркин, Юлия Нахимова, фото.
Первое, что привлекло внимание детей - это снег, который у нас, несмотря на декабрь, еще не выпал. Пока решались организационные вопросы с руководством обсерватории, дети вдоволь наигрались в снежки.
.jpg)
Мы были удивлены строгими правилами обсерватории. Войти в обсерваторию можно только лицам старше 12 лет. При входе мы надели призевенные с собой бахилы. Затем нас пригласили пройти вслед за старшим научным сотрудником БНО Новосельцевой Ритой Викторовной, которая начала свой рассказ об обсерватории.
.jpg)
Подземные сооружения обсерватории находятся в двух туннелях длиной 3670 м под горой Андырчи, их эквивалентная глубина составляет от 100 до 4800 м водного эквивалента. Принадлежит Институту ядерных исследований РАН. Она рассказала, что БНО располагает следующими установками:
Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп (БПСТ) объемом 3000 м³ на глубине 300 м под поверхностью;
галлий-германиевый нейтринный телескоп (ГГНТ) — радиохимический детектор солнечных нейтрино с мишенью из металлического галлия массой 60 т (проект SAGE, находится на расстоянии 3,5 км от входа в туннель);
установка «Андырчи» для регистрации широких атмосферных ливней (ШАЛ), расположенная на поверхности горы (высота 2060 м над уровнем моря) над БПСТ на площади 5×104 м² и состоит из 37 сцинтилляционных детекторов;
комплекс наземных установок КОВЕР (включает в себя Большой мюонный детектор, сцинтилляционный телескоп и нейтронный монитор), предназначенный для исследования жёсткой компоненты космических лучей и широких атмосферных ливней).
Размеры сооружений и туннеля впечатляли.
.jpg)
Зайнаф Уянаева поинтересовалась, чем же занимаются сотрудники обсерватории? Наш экскурсовод рассказала, что они занимаются исследованием внутреннего строения и эволюции Солнца, звёзд, ядра Галактики и других объектов Вселенной путем регистрации их нейтринного излучения; поиском новых частиц и сверхредких процессов, предсказываемых современными теориями элементарных частиц, на недоступном другим методам уровне чувствительности; исследованием космических лучей высоких энергий, гамма-астрономией.
Валерию Никогосян интересовал вопрос о количестве сотрудников обсерватории, о том, какие специалисты нужны БНО. Нам рассказали, что численность сотрудников вместе с обслуживающим персоналом около 250 человек, большинство проживают в посёлке Нейтрино. Одним из сотрудников БНО является выпускник нашей школы, лауреат Сороссовской премии - Сергей Куреня. А чтобы работать в обсерватории нужно окончить физический, математический, химический или радиотехнические факультеты.
.jpg)
Экскурсия была организована при содействии дяди учителя физики нашей школы, кандидата физических наук - Дахира Данияловича Джаппуева.
Загрузка...