В этот раз в путешествии по югу команда «АС» ушла… под землю. Зачем? За нейтрино.
Целью поездки стала Баксанская нейтринная обсерватория Института ядерных исследований РАН. Она находится в Приэльбрусье в селе Нейтрино Эльбрусского района Кабардино-Балкарии и хорошо известна на карте объектов мировой науки. При создании Института ядерных исследований РАН одной из задач было сооружение комплекса подземных низкофоновых лабораторий с нейтринными телескопами. В 1967 году решено было пробивать тоннели на 4 км в толщу гранитной горы Андырчи, высота которой 3 937 м, чтобы первыми в мире специализированно заниматься исследованием нейтрино. Эта частица почти неуловима, поэтому для ее регистрации потребовались особые условия. То, что не увидеть в оптический телескоп, можно понять, изучая нейтрино, — один из немногих источников информации о событиях, происходящих во Вселенной.
По пути к порталу
Получив добро на посещение обсерватории, журналисты «АС» отправились в высокогорную часть Кабардино-Балкарии, в долину Баксанского ущелья. Путь на автомобиле из Армавира до Нейтрино занимает пять часов. Дороги туда проложены хорошие, асфальтированные. Для путешественников большая часть трека покажется красивой и вписывающейся в туристическое представление о величественных горных хребтах.
Разрыв шаблона происходит приблизительно в 27 километрах от Нейтрино. Подъезжая к самому высокогорному городу России Тырныаузу, замечаем у дороги мозаичное панно, вероятно, изображающее рабочих ныне восстанавливаемого Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината. А за ним взору открывается панорама головокружительных вершин, соседствующих с многоэтажными советскими панельками. В самом Тырныаузе это сюрреалистическое впечатление усиливается: постройки, выполненные в стиле сталинского ампира, сетевые «Пятерочки», «Фикс прайс», Дом культуры, церковь, мечеть, стадион, и близко-близко к ним — горы.
Подъезжая к Нейтрино, оценили оригинальное решение проектировщиков. Минуя указатель населенного пункта, вдали на вершине увидели девятиэтажку, стоящую к путникам торцом. На нем во всю высоту здания из мозаики выложена частица нейтрино.
В селении сейчас проживают около 350 человек, часть из них — сотрудники обсерватории. Здесь работает всего один магазин, но есть все коммуникации: в доме проведен газ, интернет. А рядом с научными сооружениями сохранились каменные основания некогда жилых домов балкарцев и старинное кладбище.
Поворачиваем к лабораторному корпусу обсерватории, где нас уже ждали специалист по научной коммуникации Елена Львовна Хаердинова и астрофизик, младший научный сотрудник БНО ИЯИ РАН Махти Масхутович Кочкаров. Познакомившись, идем оформлять пропуски для входа в подземную лабораторию.
К так называемому порталу, откуда ученые попадают вглубь горы, проходим по мосту через бурлящую, оттесняющую со своего пути глыбы льда реку Баксан. Несколько минут поднимаемся по металлической лестнице вверх и оказываемся у проходной. Тут требуют документы.
— Режимный объект, — говорит дежурный. — У нас все строго.
В главной штольне
Правее от проходной замечаю высокие синие ворота в горе с надписью «Штольня Вспомогательная», а над ней — буква М, словно обозначающая станцию метро. Ассоциация оказывается небезосновательной. Елена Львовна рассказывает, что две параллельные штольни до 5 километров в глубину создавали метростроевцы из Минска и Баку. По вспомогательной ходит электровоз с двумя двигателями общей мощностью 26 киловатт. А вдоль главной штольни находятся лаборатории, к одной из которых мы сейчас и идем.
У ворот, кажется, что десятки лет, висит специальный шахтный взрывозащищенный телефон с диском. И это добавляет царящей здесь атмосфере кинематографичности.
— Он работает? — спрашиваю.
— Да, это телефон для внутренней связи, ведь в горе сотовая связь бесполезна, — поясняет Махти Масхутович.
Входим в главную штольню. Кажущийся бесконечным коридор с бетонированными стенами и потолком цилиндрической формы освещают лампы, располагающиеся на расстоянии 10 метров друг от друга. Слева — небольшое углубление в полу. А в нем — вода. Спрашиваем Махти,
не радоновые ли источники пробили себе путь наверх?
— Нет, — улыбается он. — В лаборатории галлий-германиевого нейтринного телескопа эксперимент тонкий, поэтому для его точности даже воздух очищают специальным душем. Отсюда и вода.
По дороге физик рассказывает, что помимо галлий-германиевого нейтринного телескопа под землей находятся лаборатория низкофоновых исследований и сцинтилляционный телескоп.
По пути встречаются напоминающие сталагмиты наледи просочившейся в штольню воды. Очень холодно. Поток морозного воздуха, дующий в спину, обжигает неприкрытую шарфом шею.
По стене проложены высоковольтные провода, по которым в лаборатории поступает электричество, встречаются надписи, сделанные красной краской. Они обозначают расстояние от входа в тоннель.
— А верно, что гора — это своего рода фильтр: она задерживает другие частицы, а нейтрино проходит везде? — спрашиваю у Махти Масхутовича.
— Да, мюоны тоже проходят до двух километров, если частицу регистрируют глубже, то она от нейтрино, — отвечает он.
— Почему же именно в Андырчи проложили подземные тоннели и построили лаборатории для проведения исследований?
— Андырчи — гранитная гора, это облегчает расчеты, и ее склон равномерный, что тоже облегчает их. Рядом — железнодорожная станция, и можно было доставлять грузы при строительстве. А еще при выборе места учитывали близость работавшего в то время Тырныаузского молибденового комбината, где были необходимая техника и динамит, — подытожил ученый.
Подземный телескоп
Пройдя 500 метров, оказываемся у двери с аббревиатурой ПСТ — подземный сцинтилляционный телескоп. За ней — еще один тоннель, но в нем становится теплее. Перед входом в лабораторию видим то, чего уж точно не ожидали, — советский аппарат с газировкой. Здесь бережно хранят многое от отцов-основателей обсерватории.
И вот мы в святая святых — первый этаж ПСТ. Ты как будто оказываешься в советском НИИ. Но вокруг невероятно уютно. Небольшая комната-раздевалка, здесь сотрудники переодеваются. В углу стоит вешалка, одну из стен занимает комод для обуви. На каждой полочке — чьи-то ботинки. Стулья, люстры, даже техника нанесения краски на стены — все из 1970-х годов. Нас просят снять верхнюю одежду и надеть бахилы.
— На обуви «космическая» радиация, а это может навредить эксперименту, — поясняет Елена Львовна.
Выходим в коридор. На стене висит рукописный план лаборатории с запасными выходами. Налево — диспетчерская с щитком, показывающим какое оборудование в работе. Сейчас функционируют притяжная вентиляция, мотор-генератор, обогреватель общий. Говорят, важно поддерживать одну температуру. Она 20 градусов выше нуля.
Вместе с Махти входим в помещение, которое навевает ассоциацию с матрицей… Пахнет проводами.
Взгляд натыкается на стену с модулями квадратной формы, каждый 70 см шириной и 30 см высотой. Они расположены вплотную друг к другу. Более трех тысяч алюминиевых баков, заполненных смесью сцинтиллятора и уайт-спирита, занимают четыре (!) этажа под землей. С 1977 года в лаборатории регистрируют нейтрино. Эти долговременные измерения будут вести еще десятки лет.
— Здесь регистрируют электронные и мюонные нейтрино, — помогает вникнуть в суть Махти Масхутович.
— А как часто?
— В неделю регистрируем один мюон, летящий снизу вверх. А электроны, которые рождаются от нейтрино, зарегистрировали лишь раз — в 1987 году.
— А почему лишь раз?
— Потому что в галактике после 1987 года пока еще не умирали звезды. Нейтрино рождаются в термоядерных реакциях. И для науки это возможность определить процессы в экстремальных условиях звезды. Нам важно понимать, как это происходит. Она рождается из водорода, идет термоядерная реакция… и так далее. Благодаря исследованию количество теоретических моделей строения и эволюции звезд уменьшилось от сотен до десятков.
Рассматриваю детекторы, с помощью которых ученые ведут наблюдения за объектами в нашей и соседней галактиках. Алюминиевые баки имеют иллюминатор, который закрывает светонепроницаемый цилиндр. А в нем — вакуумный фотоэлектронный умножитель, воспринимающий фотоны и преобразующий их в электрический сигнал.
— Сцинтиллятор светится при прохождении частиц, а цилиндры защищают от внешних воздействий лампы, ловящие свет и усиливающие его, — разъясняет астрофизик.
Первые три этажа с модулями идентичны. Каждый — как пиксель в четырехэтажном кубе.
Обходим комнату по периметру. Она выложена блоками из низкорадиоактивного бетона. В углу находится радиоактивный источник в свинцовой защите. Он нужен для калибровки модулей. У выхода стоит пустой модуль, напоминающий корпус стиральной машинки.
Слава советской науке
Мы вернулись к диспетчерской и теперь поднимаемся по лестнице наверх, на четвертый этаж. Ненадолго задерживаемся на третьем. Елена Львовна показывает место, где любят фотографироваться туристы.
Фотозона — это стенд с чеканкой, на которой изображена молодая женщина, словно играющая с ниспадающей водой, вокруг нее — свечение. Справа поблескивает металлическими буквами надпись: «Слава советской науке!» Ниже стоит бюст Ленина, однажды принесенный к горе Андырчи каким-то альпинистом.
Наконец добрались до верхней части куба. Стоим на четвертом этаже. До ближайшей точки на склоне горы Андырчи — примерно 250 метров горной породы. Входим в просторный зал с модулями. В помещении — цилиндрический купол. У стены стоят еще советские запасные фотоэлектронные умножители в новеньких коробках. Здесь же — схема модуля в разрезе.
— Те условия, что в центре космических объектов, на земле невоспроизводимы, — говорит Махти. — Потому звезды, квазары и блазары изучаем с помощью нейтрино. Частица — своего рода источник информации о них. Ведь оптические телескопы многого не видят, многих объектов просто нет в их диапазоне.
— А есть практическое применение данных, полученных от изучения нейтрино? На Земле эти сведения используют каким-то образом?
— Нейтринные детекторы, установленные около ядерных реакторов, позволяют отслеживать работу реактора, — поясняет Елена Львовна.
После ознакомления с лабораторией направляемся в конференц-зал, находящийся по соседству.
— Здесь собирались лучшие физики, — комментирует Елена Львовна. — В 1973 году приезжал лауреат Нобелевской премии по физике за открытие нейтрино Фредерик Райнес.
Кажется, с того момента в комнате ничего не изменилось. Половину ее периметра занимают удобные кресла, неяркое освещение, перфорированный потолок, доска для расчетов на стене, пленочный кинопроектор.
— Это самое тихое место в лаборатории, — говорит опустившийся в кресло Махти Масхутович. — Сейчас пойдем в аппаратный, и вы почувствуете разницу.
Так и есть. В аппаратном зале много оборудования. Шумно. Сюда стекается информация о работе более 3 000 модулей подземного сцинтилляционного телескопа. У компьютера за процессом следит дежурный физик.
— Все, что вы видите, кроме компьютеров, сделано нашими радиоэлектронщиками, — с гордостью говорит Махти. — А вот еще, смотрите! Это важно, — он показывает на монитор с бегущими столбцами-символами. — Каждые 15 минут блоками записывается информация. С января 1976 года прошло 1 723 737 пятнадцатиминуток.
— Впечатляет! Махти Масхутович, а как долго вы изучаете нейтрино в обсерватории? — спрашиваю ученого.
— 17 лет из своих 39-ти, — отвечает физик. — И каждый день узнаю что-то новое. Ведь чем больше информации получаем во время проведения исследования, тем больше понимаем, как мало знаем о Вселенной.
Ковер-3
В наземной установке обсерватории «Ковер-3» нас встретил астрофизик Виктор Сергеевич Романенко. 31-летний ученый регистрирует широкие атмосферные ливни.
— Когда первичные частицы высокой энергии входят в атмосферу, она в результате большого количества реакций вызывает целый каскад частиц, — объясняет он.
В наземную установку входит и самый большой мюонный детектор в России. Находится он в двух параллельных тоннелях площадью 205 квадратных метров каждый. Внутри они для защиты от электромагнитных шумов и герметичности от грунтовой воды обшиты металлом.
— На установке регулярно проводится апгрейд, последний был сделан в 2018 году, — рассказывает астрофизик Виктор Романенко.
В тоннелях с помощью обогревателей и осушителей поддерживается постоянная температура и влажность.
Когда входим в тоннель, возникает ощущение полета на космическом корабле. С потолка свисают цилиндрами вниз космические зонды. Это детекторы, регистрирующие частицы. Снизу вдоль стен светят крупные мощные лампы.
О своей работе Виктор Сергеевич рассказывает с восторгом. Отблески света в тоннеле отражаются на линзах его очков, и кажется, будто глаза излучают видимую энергию.
В дальнем тоннеле работает старенький, пожелтевший от времени компьютер с пузатым монитором. На экране отображаются какие-то данные. Они необходимы для контроля работы установки.
— Сколько же лет ему? — удивляюсь.
— 25, — отвечает астрофизик.
— Виктор, а вы когда решили заниматься наблюдениями, которые ведете в обсерватории?
— Когда первый раз попал сюда на экскурсию. Мне здесь и люди понравились, и то, чем они занимаются. А еще возможности для профессионального роста, — делится молодой ученый.
— То есть ваши начинания поддерживают?
— Да. А побывав за границей, понял: здесь не хуже. У них не найду коллег с уровнем компетенций выше, чем у специалистов, которые работают здесь. А зачем тогда куда-то уезжать? Мне интересен физический эксперимент. И наши ученые делятся знаниями, опытом. Они научат всему, чего захочу, и даже больше. Вот сколько тут работаю, учусь, учусь, учусь. Только через три года начал что-то понимать.
На поверхность из лаборатории возвращаемся с осознанием, что российская фундаментальная наука развивается. Ученые Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований РАН — это часть мирового сообщества ученых, которые подтвердили правильность стандартной солнечной модели, что имело важное научное значение. И кто знает, что физики обнаружат в процессе своих экспериментов в горе Андырчи? Как их выводы изменят представление людей о Вселенной?
Фото, видео Александра Ковязина / АС