Через тернии к людям

Вадим Карелин

Тайны космоса изучают глубоко под землей

Метро "Москва - Кавказ"

Каждый инструктор по альпинизму или горным лыжам считает своим долгом обратить внимание туристов, проезжающих через Баксанское ущелье, на удивительно узнаваемую букву «М» над входом в тоннель, уводящий в глубь горы. И, не дожидаясь недоуменного вопроса: «Что это? Причем тут метро?» — обязательно пошутит: «Это наше метро: Москва — Кавказ». Но в каждой шутке есть доля правды: в строительстве штолен и лабораторий Баксанской нейтринной обсерватории действительно принимал участие Метрострой. Кто же еще смог бы пробить четырехкилометровые тоннели в скальной породе? И в память об этом до сих пор вход в подземную часть обсерватории украшает буква «М». Что же скрывается за ней?

Экскурсия в недра горы

В 1977 году, к 60-летию Октябрьской революции, были получены первые данные на уникальном оборудовании, установленном в Баксанском ущелье (недалеко от высочайшей вершины Европы — Эльбруса). Отрапортовав, как положено, о достижении, ученые и строители продолжили нелегкую работу, так что весь комплекс Баксанской нейтринной обсерватории заработал немного позднее. А получился он немаленький: обсерватория состоит из нескольких лабораторий (Лаборатория баксанского подземного сцинтилляционного телескопа (БПСТ), Низкофоновые лаборатории на глубине 100, 600, 4800 м и Лаборатория галлий-германиевого нейтринного телескопа), оборудование которых расположено не только на склонах вершины Андырчи, но и под самой вершиной. Для этого в толще горы и были прорублены штольни, а в ее недрах созданы огромные залы для аппаратуры. Аналогичных установок в мире нет.

Для чего же были нужны колоссальные инженерные, трудовые и финансовые затраты? «Дело в том, — рассказывает сотрудник обсерватории Дахир Даниялович Джаппуев, — что из космоса в атмосферу попадают высокоэнергетичные частицы (как правило, ядра атомов и элементарные частицы), рождающие в атмосфере потоки вторичных частиц, которые называются ливнями. Космические ливни могут покрывать площади до нескольких квадратных километров. Если мы на определенной высоте поставим детекторы, то сможем регистрировать проходящие через них частицы. В чем интерес подобных наблюдений? Современные ускорители, разгоняющие частицы до огромных энергий, даже близко не могут подойти к тем энергиям, с которыми частицы идут из космоса. Это очень важно с познавательной точки зрения. Поэтому и создаются такие установки».

Мы защищены земной атмосферой от космического излучения и редко задумываемся о его существовании. Лишь в последнее время в популярной литературе стали писать о солнечных лучах и, в частности, об их влиянии на самочувствие человека. Но космическое излучение поступает к Земле не только от Солнца, оно может рассказать очень и очень много об истории Вселенной, приоткрыть тайны строения материи.

Перед сотрудниками нейтринной обсерватории сейчас стоит несколько основных задач:
1) исследование внутреннего строения и эволюции Солнца, звезд, ядра Галактики и других объектов Вселенной путем регистрации их нейтринного излучения;
2) поиск новых частиц и сверхредких процессов, предсказываемых современными теориями элементарных частиц, на недоступном другим методам уровне чувствительности;
3) исследование космических лучей высоких энергий, гамма-астрономия.

Заведующий Лабораторией БПСТ Валерий Борисович Петков

Что же представляет собой Баксанская нейтринная обсерватория? Об этом нам рассказал заведующий Лабораторией БПСТ Валерий Борисович Петков.

Можно ли поймать нейтрино?

«Баксанская нейтринная обсерватория — это отдел Института ядерных исследований РАН, — начинает свой рассказ Валерий Борисович. — Подобных обсерваторий в мире единицы». Оказывается, наша, несмотря на свой солидный возраст и скудное финансирование, продолжает оставаться уникальной. Но, чтобы понять эту уникальность, надо немного погрузиться в мир элементарных частиц.

Эти частицы, размеры которых много меньше размеров атомных ядер, в том числе и неуловимое нейтрино (это электрически нейтральная стабильная элементарная частица с массой покоя, близкой к нулю; участвует только в слабом взаимодействии, имеет высокую проникающую способность), с огромной скоростью врываются из космоса в атмосферу Земли. Вопреки расхожему мнению, в нейтринной обсерватории их не «ловят», а просто регистрируют, запоминая тип, количество, направление и скорость. Точнее, регистрируют даже не сами эти частицы, а частицы, рожденные в атмосфере Земли (так называемые вторичные) в результате взаимодействия первичных частиц с земной атмосферой. По этим данным ученые могут восстановить природу первичного излучения.

Но как заметить пролетевшую с гигантской скоростью (на нашей планете таких скоростей нет) частицу, размер которой при этом меньше размера атомного ядра? Для этого существуют специальные детекторы. Внешне они представляют собой металлические баки размером 70 х 70 х 30 см3, заполненные уайт-спиритом. В уайт-спирите растворяется специальное вещество — сцинтиллятор. Когда элементарная частица (пусть даже одна!) пролетает сквозь такой детектор (благодаря своим размерам и скорости она обладает колоссальной проникающей способностью, так что стенки детектора для нее не являются преградой), она вызывает незаметное глазу свечение сцинтиллятора. Это свечение многократно усиливается и преобразуется в электрический сигнал с помощью фотоэлектронного умножителя, находящегося сбоку детектора. Чем больше масса частицы и ее скорость, тем ярче след (трек) частицы, тем сильнее электрический сигнал.

Сотни таких детекторов объединены в восемь плоскостей телескопа: четыре вертикальных и четыре горизонтальных, расположенных на разных этажах. Частица, приходящая из некоторой точки небесной сферы, оставляет свой след в нескольких детекторах разных плоскостей. Проанализировав полученную информацию, можно с точностью до 2° определить ту точку на небесной сфере, откуда пришла частица. От каждого детектора информация поступает в компьютер.

Уникальность Баксанской обсерватории в том, что детекторы ее телескопа расположены не только на склонах Андырчи (высота горы около 4000 м — чем выше расположена обсерватория подобного типа, тем меньше влияние атмосферы и лучше результат), но и в толще горы. Дело в том, что некоторые элементарные частицы не проходят сквозь скальную породу, а другие при прохождении значительно замедляют свою скорость. Таким образом, вначале космическое излучение регистрируется на склоне горы, а затем то, что от него доходит, в ее недрах. Сравнивая результаты, ученые получают дополнительную информацию. Подобного сочетания расположения детекторов нет ни на одной установке в мире.

А польза где?

Ну а какова же практическая ценность проводимых обсерваторией исследований? Боюсь разочаровать читателей, но она практически нулевая. Проводимые здесь исследования являются не прикладными, а фундаментальными. Это означает, что они позволяют физикам раздвигать границы познания как Вселенной, так и мира элементарных частиц. Микрокосмос и макрокосмос здесь изучают одновременно. Сотрудники обсерватории постоянно ведут исследования и публикуют научные статьи. Есть и выдающиеся достижения.

«Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, — рассказывает Дахир Даниялович. — Во второй половине прошлого века появилась теория о том, что протоны и нейтроны тоже не совсем элементарны, а, в свою очередь, состоят из более мелких частиц — кварков. И вот здесь, на нашей установке, благодаря ее большой непрерывной площади, были зарегистрированы события, которые мы объяснили как возможные проявления кварковой структуры. Тогда никто не поверил этому, но мы, тем не менее, опубликовали результаты. Через пять лет в ЦЕРН (Европейском центре ядерных исследований) были запущены ускорители, которые подтвердили нашу гипотезу. Вот это, может быть, самое выдающееся достижение Баксанской нейтринной обсерватории».

Последний крик социализма

Говоря о достижениях Баксанской нейтринной обсерватории, нельзя не упомянуть о людях, благодаря которым эти достижения появляются. Идеологом и основателем обсерватории был академик Александр Евгеньевич Чудаков.

Лаборатория, построенная благодаря А. В. Воеводскому

Доктор физико-математических наук Александр Владимирович Воеводский также принял самое активное участие в ее создании: на свои собственные деньги он достроил еще одну лабораторию. В 1998 году — тогда социализм в нашей стране стал достоянием прошлого и финансирование науки постепенно прекратилось — Александр Владимирович был награжден Государственной премией. К этому времени строительство последней лаборатории комплекса было уже почти закончено, оборудование установлено, оставалось только засыпать детекторы грунтом. Но необходимых материальных поступлений не предвиделось. И Государственная премия Воеводского ушла на завершение работ...

Нынешние сотрудники обсерватории любят повторять: сам факт ее создания уникален. Решиться на такое могли только в Советском Союзе, стремившемся быть первым во всем, в том числе и в исследованиях космоса. Штольни в скале, подземные лаборатории с уникальным оборудованием. Поселок высоко в горах, где живут сотрудники обсерватории. «Ныне, — говорит Рита Викторовна Новосельцева, проводившая для нас экскурсию под землей, — и думать о подобном невозможно». И с гордостью показывает нам плакат «Слава советской науке!», который принципиально не снимают в подземной лаборатории.

Когда распался Советский Союз, началась перестройка и обозначились новые перспективы в экономическом развитии страны, нейтринная обсерватория не избежала участи всей российской науки. Государство практически не финансировало комплекс, однако люди, уникальные специалисты, продолжали работать. Тогда в обсерватории родилась поговорка, ставшая впоследствии пророческой: «То, что нет денег, еще не страшно. Самое страшное, если у нас будут деньги, но уже не будет людей». Похоже, это время наступило: несмотря на налаживающуюся сейчас экономику, обсерватория потеряла многих высококлассных специалистов. Молодежь идет сюда, но с большой неохотой. Средняя зарплата научного сотрудника до недавнего времени составляла 3600 рублей.

Однако обсерватория не только продолжает работать, но и остается на хорошем счету в мировой науке. Можно с уверенностью сказать, что заслуга в этом принадлежит ее коллективу — скромным, остающимся в тени людям, которых мы, уезжая, про себя окрестили «рыцарями современной науки» за их бескорыстное служение своему делу. В их мире нет насилия, войн, негатива, стремления к потреблению и комфорту. Все это прекрасно заменяется научными задачами, исследовательской работой и совместным трудом.

Что дальше?

Задач, которые сейчас стоят перед обсерваторией, так много, что даже на простое перечисление их не хватит целого журнала. Но об одной Дахир Даниялович нам рассказал: «Все космическое излучение считается изотропным, то есть равномерно приходящим со всех сторон. Но сейчас существует теория о том, что, по крайней мере, вначале космические лучи имеют анизотропность, то есть исходят от некоторых конкретных объектов. Мы одни из первых, кто проводит такой эксперимент, пытаясь установить, есть ли на небесной сфере выделенные точки, откуда идет излучение. Пока можно сказать, что, по крайней мере, в нашей Галактике излучение со всех направлений приходит одинаковое».

В обсерватории ищут невидимые глазу источники космического излучения. Пока не нашли. Но только пока...

Подписаться на журнал "Человек без границ"