Спасти законы физики

Нейтрино (не путать с нейтроном) — это очень-очень легкая частица, знаменитая тем, что она, можно сказать, еще более нейтральна, чем нейтрон. У нейтрино нет заряда, и они не взаимодействуют с заряженными частицами (например, электроном -1 и протоном +1), кроме того, в отличие от нейтрона, нейтрино не участвуют в сильных взаимодействиях — одном из четырех типов фундаментальных взаимодействий. Ежесекундно через каждый квадратный сантиметр нашего тела проходит 60 миллиардов нейтрино, испущенных Солнцем, а мы этого не чувствуем и не замечаем. И не только мы: большая часть солнечных нейтрино пролетят через всю видимую часть Вселенной, не взаимодействуя ни с чем.

Тем не менее пренебречь существованием этой частицы нельзя: она является активным участником ядерных реакций. В начале XX века ученые еще не знали о нейтрино, и при изучении бета-распада (распад с выделением электронов) у них не сходился «дебет с кредитом»: часть энергии «улетучивалась». Дошло до того, что сам Нильс Бор предположил, что один из фундаментальных законов Вселенной — закон сохранения энергии — неверен. Ситуацию спасли Вольфганг Паули и Энрико Ферми: они предположили существование (и возникновение при бета-распаде) пока неизвестной физикам частицы, которая уносит «исчезающую» энергию. Между предположением о нейтрино (1930 год) и его первым экспериментальным наблюдением (1942 год) прошло более 10 лет. И еще 40 лет понадобилось, чтобы дело дошло до Нобелевской премии: за открытие нейтрино ее получили в 1988 году Леон Ледерман, Мелвин Шварц и Джек Стейнбергер. Позже за нейтрино были вручены еще две Нобелевки, в том числе в 2015 году — узнать, за что именно ее вручили, можно в объяснительном тексте «Чердака».

Найти «невидимку»

Из-за особенностей этой частицы изучать ее чрезвычайно сложно: как поймать нейтрино, если они ни с чем не взаимодействуют и одновременно находятся в «каше» из десятков других частиц, бомбардирующих и Землю, и космос? Выделить эти частицы из всего потока более тяжелых и, соответственно, взаимодействующих с материей частиц и стало первой задачей физиков. Как этого добиться? «Спрятаться» от потока электронов, мюонов, протонов, альфа-частиц и более тяжелых ядер за каким-нибудь тяжелым природным щитом — подо льдами Антарктиды, под толщей вод океана или под горой?

Именно по последнему пути еще в конце 50-х годов прошлого века пошли советские физики, задумавшиеся о создании специализированного подземного комплекса для проведения фундаментальных исследований в области нейтринной астрофизики и физики космических лучей. Под руководством академика Моисея Маркова были выполнены теоретические расчеты, и начался поиск подходящих горных выработок, которые можно использовать, не прокладывая специальные тоннели. Это стандартный путь: например, итальянская нейтринная лаборатория под горами Гран-Сассо находится в ответвлении автомобильного тоннеля, связывающего адриатическое и тирренское побережья страны.

Вход в рабочую штольню Баксанской нейтринной обсерватории. Фото: ИЯИ

19 июня 1963 года было принято решение о строительстве подземной станции. Место для будущей обсерватории (нейтринные лаборатории называют обсерваториями потому, что они изучают частицы космических лучей, то есть именно наблюдают, а не ставят лабораторный эксперимент) было выбрано недалеко от горы Эльбрус, в Баксанском ущелье в Кабардино-Балкарии. Строительство началось в 1967 году. Исследовательский центр размещается в двух параллельных горизонтальных тоннелях в горе Андырчи (высота горы более 4000 м) длиной около 3,5 км каждый — они построены московскими метростроевцами из специального низкорадиоактивного бетона, чтобы излучение, даже минимальное, не вносило помехи в показания телескопов. Фон от космических лучей (тех самых «мешающих» частиц) снижается по мере углубления под землю, и в конце тоннеля он почти в 107 раз ниже, чем на поверхности.

Читать дальше.