«Нейтрино, крохотные тени, / Отринув массу и заряд, / Не признают закон общений, / Взаимодействий и преград».
Одни из самых интересных космических гостей – нейтрино приходят к нам из разных уголков Вселенной и могут рассказать о ее эволюции, деталях звездных взрывов, внутренней структуре и составе Солнца и Земли, процессах создания химических элементов и многом другом. Проблема в том, что обнаружить их невероятно сложно.
Баксанская нейтринная обсерватория как раз и занимается исследованиями в области нейтринной физики. Недавно здесь побывала группа представителей средств массовой информации Кавминвод. Это стало возможным благодаря тому, что Институт ядерных исследований РАН в лице обсерватории и Региональный научно-спортивный центр СКФО совместно с Институтом дополнительного профессионального образования и переподготовки кадров подписали соглашение о сотрудничестве в области популяризации науки и о развитии научного и промышленного туризма.
Три часа пути от Пятигорска – и мы в поселке Нейтрино. Прочие автомобили и экскурсионные автобусы мчатся мимо: до популярных центров альпинизма, туризма и горнолыжного спорта Чегета, Терскола и Азау остается около 20 километров.
Знакомство с обсерваторией начинается со вступительной беседы, которую проводит для нас Альберт Мусаевич Гангапшев – заместитель заведующего БНО по научной работе.
БНО (точное название – Филиал Баксанская нейтринная обсерватория Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт ядерных исследований Российской академии наук) – одна из первых в мире крупномасштабных подземных лабораторий для междисциплинарных исследований на стыке фундаментальной, астро- и геофизики. Она действует с 1973 года и включает комплекс подземных и наземных сооружений. В толще горы Андырчи (высота – около четырех километров) находятся Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп, галлий-германиевый нейтринный телескоп, лаборатория низкофоновых исследований, лаборатории Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга (ГАИШ МГУ), детекторы геофизической службы РАН и т. д. Гора как фильтр позволяет отделить нейтринные сигналы от шума, создаваемого космическими лучами на поверхности земли. На ее склоне расположена установка «Андырчи». Имеется также комплекс наземных установок «Ковер», изучающий ливни из космических частиц.
Кроме того, что Баксанская нейтринная обсерватория дала начало всей мировой подземной астрофизике, она оказалась в числе четырех нейтринных детекторов в мире, которые 23 февраля 1987 года зарегистрировали первые в истории экспериментальной физики нейтрино, порожденные смертью звезды в соседней галактике (Сверхновая SN 1987A в Большом Магеллановом Облаке).
После вступительной беседы нам выдают белоснежные каски с надписью: «Институт ядерных исследований Российской академии наук». Начинается непосредственное знакомство с обсерваторией. Переходим по подвесному мосту через реку Баксан и вскоре оказываемся у закрытых синих ворот с большой красной буквой «М» вверху (это напоминание о том, что штольни пробивались тоннельным отрядом метростроевцев).
Штолен, которые идут внутрь горного массива, две: главная и вспомогательная. По форме они напоминают тоннели метро. Мы идем по главной. Ее высота – приблизительно 2,7 метра, ширина – 3 метра. На стенах закреплены кабели, внизу сбоку течет дренажный ручей. Штольни горизонтальные. Это означает, что по мере продвижения вперед растет толщина слоя горной породы над головой. В самой глубине она достигает величины 2300 метров. Поскольку все горы по строению разные, здесь говорят: 4800 метров водного эквивалента. То есть скальные гранитные породы толщиной
2300 метров задерживают космические частицы так же, как это делает почти пятикилометровый столб воды.
Через 450 метров снова металлические ворота с обозначением ПСТ – Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп. Он совсем не похож на известный нам прибор – зрительную трубу с зеркалами и линзами. Это большой куб размером с четырехэтажное здание. Если у обычного куба шесть граней-плоскостей, то тут плоскостей восемь: дополнительные внутренние имеются на уровне перекрытий 2-го и 3-го этажей. БПСТ – это детектор, самый большой в обсерватории. С его помощью специалисты могут восстанавливать траектории проходящих заряженных частиц – мюонов. (Кстати, поэтому он и называется телескопом: tele – от древнегреческого «далеко», skopeo – «смотрю».) Как это происходит, журналистам рассказывает научный сотрудник Махти Масхутович Кочкаров.
Сцинтилляция – это короткая вспышка света, которая возникает при движении высокоэнергичной частицы сквозь некоторые вещества. На всех плоскостях БПСТ, горизонтальных и вертикальных, рядами установлены сцинтилляционные счетчики. Всего их 3184. Каждый представляет собой прямо-угольный алюминиевый бак, покрытый изнутри свето-отражающей эмалью. Баки заполнены керосином, прошедшим специальную очистку: устраняется кислород, удаляются все тяжелые фракции и т. д. Здесь его 330 тонн.
В наполнителе растворен сцинтиллятор – вещество, которое светится при пролете заряженной частицы. Свечение улавливается и усиливается фотоэлектронными умножителями. ФЭУ – это специальная лампа, принцип ее работы обратен тому, который действует в обычной лампе накаливания: она преобразует световой сигнал в электрический. Усиленные электрические сигналы попадают в аппаратный зал. По последовательности срабатывания счетчиков, зная их координаты, можно определить направление движения частицы, ее траекторию, узнать, откуда она прилетела. На мониторе след выглядит как колонка цифр.
Хотелось бы подчеркнуть такой факт. Сцинтилляционный телескоп был введен в эксплуатацию 7 ноября 1977 года к 60-летию Великой Октябрьской социалистической революции. Элементную базу привозили, основная сборка шла на месте. Сцинтилляционный счетчик разработали в ФИАНе (Физическом институте Академии наук). Именно для этой установки делались баки. Особые требования предъявлялись к эмали: она должна была надежно держаться на алюминии, быть долговечной, достаточно белой и хорошо отражать свет. Обычные эмали всегда что-то выделяют, чего нельзя было допустить в данном случае: малейшие примеси в сцинтилляторе могли если не испортить его, то изменить характеристики. Это была специальная разработка, и до сих пор проблем с эмалью нет. Баки со времени ввода в эксплуатацию тоже практически не менялись.
В непрерывном режиме 24 х 7 сцинтилляционный телескоп работает уже почти 47 лет. Электроника, конечно, меняется, совершенствуется, но механика по-прежнему держится. Насколько же хорошо сделано все технологически! Работа ученых, инженеров, строителей обсерватории вызывает глубокое уважение. Слова «Слава советской науке!» на одной из стен БПСТ – это не лозунг.
Вторым объектом, который осмотрели участники пресс-тура, стал комплекс наземных установок «Ковер-3». Он включает в себя сцинтилляционный детектор «Ковер-2», составленный из тех же стандартных счетчиков, что и БПСТ, а также мюонный детектор под двухметровым слоем земли и нейтронный монитор. Комплекс предназначен для исследования жесткой компоненты космических лучей и широких атмо-сферных ливней космических частиц. В двух залах мюонного детектора счетчики установлены на потолке.
Между прочим, такое расположение позволило избежать их повреждения, когда несколько лет назад в результате стихийного бедствия помещения были подтоплены. Имеется и 20 выносных пунктов. Это металлические фургоны, внутри которых также находятся сцинтилляционные счетчики.
Главные «охотники за нейтрино» в БНО – научные сотрудники и инженеры. Их соответственно 22 и 50. Чтобы работать здесь, говорят Альберт Гангапшев и Махти Кочкаров, нужно «болеть» физикой, наукой.
Альберт учился на физмате Кабардино-Балкарского государственного университета. В БНО попал, еще будучи студентом.
– Когда при наборе в бакалавриат прозвучало направление «Астрофизика и физика космических лучей», сразу решил: это мое, – рассказывает он.
Сегодня Альберт Мусаевич – кандидат физико-математических наук. М. Кочкаров тоже выпускник КБГУ. У него диссертация впереди.
– Не хватает времени: очень много работы, – признается Махти Масхутович.
Надо сказать, что обсерватория испытывает потребность в притоке молодых кадров – научных сотрудников и инженеров. Впрочем, по словам А. М. Гангапшева, эта же проблема есть и в других научных учреждениях. Возвращаясь к сотрудничеству БНО ИЯИ РАН с Региональным научно-спортивным центром СКФО, можно предположить, что оно внесет свою лепту в ее решение.