ЗАЦЕПИН

ГЕОРГИЙ ТИМОФЕЕВИЧ

1917-2010

АКАДЕМИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК,

доктор физико-математических наук,

профессор

ПОДЗЕМНАЯ ОХОТА ЗА НЕЙТРИНО

УЧЕНЫЕ ЛОВЯТ ПРИЗРАКОВ, КОТОРЫЕ ЗАПРОСТО ПРОХОДЯТ СКВОЗЬ ЗЕМНОЙ ШАР

Газета "Труд" № 211 за 23.11.2002

Через каждого человека ежесекундно пролетают триллионы стремительных космических частиц - нейтрино. За их изучение недавно присуждена Нобелевская премия 88-летнему американскому ученому Рэймонду Дэвису и 76-летнему японскому физику Масатоси Кошиба. Каждый из них получит по 250 тысяч долларов. Скоро оба приедут в Стокгольм на торжественную церемонию, где король Швеции будет вручать почетную награду новым лауреатам. Рядом с Дэвисом и Кошибой могли бы быть и российские исследователи, которые ловят загадочные частицы в недрах горы Андырчи в Приэльбрусье.

Ученые делают то, что, казалось бы, в принципе осуществить невозможно. Ибо нейтрино, словно волшебные призраки, неуловимы. История их поиска, как и многих открытий в ядерной физике, представляет захватывающий сюжет. Началось с того, что в 1930 году молодой швейцарский физик Вольфганг Паули, сидя за письменным столом и используя сугубо теоретические построения и расчеты, гениально предсказал - за четверть века до экспериментального подтверждения - наличие в нашем материальном мире этих самых нейтрино. Они проходят не только сквозь стены, но "прошивают" горы, да и весь земной шар, другие планеты. По расчетам физиков, нейтрино могли бы свободно проникнуть сквозь чугунную плиту, толщина которой в миллиарды раз превышает расстояние от Земли до Солнца.

Ловушку для неуловимых "призраков" придумал в 1946-м талантливый итальянский физик Бруно Понтекорво, работавший в США, Канаде, Великобритании и, кстати, активно сотрудничавший с советской разведкой, которая во время второй мировой войны интересовалась созданием за океаном первой атомной бомбы. (В 1950-м, когда возникла опасность провала итальянского ученого, он был переправлен из Харуэлла (Англия) через Финляндию в СССР, где продолжал исследования в области ядерной физики, стал академиком, лауреатом высших премий). Что касается нейтрино, Понтекорво предложил ставший знаменитым метод обнаружения частиц по оставленным ими следам. Суть такова: после попадания частицы в атомное ядро хлора оно должно превращаться в ядро радиоактивного аргона, которое поддается регистрации.

Идеи Понтекорво удалось технически реализовать только много лет спустя. Сегодня на разных континентах действуют около десятка уникальных дорогостоящих ловушек, представляющих сложнейшие инженерные сооружения. В Соединенных Штатах научная лаборатория расположена в шахте "Хоумстейк" в Северной Дакоте (США), где раньше добывали золото. Именно там удалось зарегистрировать первые нейтрино, излучаемые Солнцем. Рэймонду Дэвису было тогда чуть больше 50. В 1977 году начала действовать первая нейтринная обсерватория в нашей стране. А на другой стороне земного шара, в Японии, еще один подземный гигантский детектор, названный Супер-Камиоканде, поймал в 1987-м 19 частиц, прилетевших от сверхновой звезды во время ее вспышки. Этими исследованиями руководил Масатоси Кошиба.

Поражают масштабы сравнительно недавно введенной в строй нейтринной обсерватории Садбери в канадской провинции Онтарио. Здесь современное научное оборудование тоже расположено в шахте, но уже на глубине более двух километров. Строительство продолжалось 8 лет. Установку высотой с десятиэтажный дом обслуживают сто специалистов.

Нельзя не сказать и о подземных ловушках, которые работают в тоннеле "Гран Сассо" в Италии.

Но почему эти обсерватории строят обязательно под огромной толщей земли, скальных пород? Объяснение простое. Земная твердь задерживает все другие частицы, кроме нейтрино. Поэтому в ловушку могут попадать только они. Из триллионов частиц, из их бесконечного потока удается обнаружить единичные следы. В качестве естественного щита можно использовать также и лед, и воду. На Южном полюсе, в Антарктиде, исследователи поместили детекторы в толщу вечного льда. Затем пробуренный вертикальный канал залили водой, которая, понятно, быстро замерзла. А на Байкале соответствующее оборудование поместили на большую глубину. Еще один детектор планируется опустить в Средиземное море недалеко от Греции.

В этом глобальном эксперименте важную роль играет Баксанская нейтринная обсерватория на Кавказе. О том, как она создавалась, рассказывает академик Георгий ЗАЦЕПИН, руководитель отдела нейтринной астрофизики Института ядерных исследований РАН.

- В начале 60-х годов мы начали подыскивать место для подземной обсерватории, - вспоминает Георгий Тимофеевич. - Район должен быть не сейсмичным, иметь достаточно мощные источники электроэнергии, дорожную инфраструктуру. Кроме того, скальные породы не должны создавать значительный радиоактивный фон. Последнее требование автоматически выводило из круга рассматриваемых объектов угольные шахты, в которых к тому же и много пыли. В конце концов выбор сделали в пользу предгорий Северного Кавказа. Решили проложить горизонтальный тоннель в глубь горы Андырчи в Кабардино-Балкарии.

Строительство началось в 1967 году. При этом использовались особые материалы. Как известно, обычный гравий, гранит, мрамор имеют естественный слабый радиоактивный фон. Для человека он не опасен, но оборудование, которое ловит нейтрино, не может подвергаться даже слабому воздействую других частиц. Поэтому для изготовления, например, бетона привозили с Урала наиболее древние породы, у которых чрезвычайно низкий радиоактивный фон.

Через десять лет, в 1977-м, вступила в строй первая подземная лаборатория. Она находилась на расстоянии полукилометра от подножия горы. Весь просторный зал, который по размерам вдвое превышал закрытые теннисные корты, был занят подземным телескопом, имеющим 3200 детекторов. В следующем, в самом дальнем помещении, отстоящем от входа в штольню на 3,5 километра (высота горы в этом месте 1270 метров), находится галлий-германиевый нейтринный телескоп. Принцип его работы таков: когда нейтрино взаимодействует с атомами жидкого металлического галлия, образуется радиоактивный германий. Его-то мы и регистрируем. Монтаж телескопа был завершен в 1987 году. Здесь впервые в мире был измерен интегральный поток частиц, рождающихся в недрах Солнца. Это была, можно сказать, мировая научная сенсация. Важно подчеркнуть, что исследования ведутся совместно с американскими учеными.

- Много ли всепроницающих частиц удается поймать ученым в сети, расставленные в Баксанской обсерватории?

- Очень мало. Вот представьте: огромный бак, в котором находится 50 тонн жидкого галлия. И за целый месяц здесь удается зарегистрировать всего несколько десятков атомов германия. Акцентирую внимание: не граммов или миллиграммов, а именно атомов. Приведу известное сравнение: найти эти атомы - то же самое, что искать конкретную крупинку песка в пустыне Сахара. Надо как бы "прощупать" бесчисленное количество атомов в 50-тонном озере жидкого галлия, чтобы найти германий. В недрах горы, по сути, действует мощная химическая фабрика, которая осуществляет уникальный анализ, "просеивая" 50 миллионов граммов жидкого металла в течение всего 24 часов. Большего запаса времени у нас нет, ибо единичные атомы радиоактивного германия быстро распадаются.

- Исследования нейтрино ведутся широким фронтом. Что они могут дать людям?

- В ближайшие годы, думаю, можно ожидать удивительных открытий. Но уже сегодня исследования позволяют нам лучше понять, например, как "работает" Солнце. Потоки нейтрино, беспрепятственно проходящие через космическое пространство, галактики, планеты, несут в себе уникальную информацию и о сверхновых звездах, и о том, что происходит в глубинах Вселенной. Возможно, будущие открытия приблизят нас к сокровенным тайнам мироздания.

- Вы сказали, что исследования позволяют лучше понять, как "работает" Солнце. Изменились ли прогнозы? Когда погаснет дневное светило?

- Пока прогноз известный: Солнце будет светить еще порядка пяти миллиардов лет...

Академик Зацепин в заключение нашей беседы сказал, что собирается в скором времени вновь поехать в Баксанскую нейтринную обсерваторию. Внутри горы Андырчи хорошо ощущается подземный жар: если бы не вентиляция, воздух разогрелся до 40 градусов. Обсерватория напоминает фантастический полустанок - между космической бездной и раскаленным ядром нашей планеты. Охота за неуловимыми космическими призраками продолжается.