Книга Грустный оптимизм счастливого поколения - Геннадий Козлов

Недавно мир облетела весть о регистрации неуловимого бозона Хиггса. Физики могут торжествовать – предсказания выстраданной ими «стандартной» модели мироустройства подтвердились. Теперь можно и отдохнуть. Проблем подобного уровня вроде бы больше и не осталось.

Ускоренные частицы создаются не только в рукотворных установках. В глубинах космоса протекают мощнейшие естественные процессы. Но они очень далеки от Земли, и частицы с предельно высокими энергиями залетают к нам чрезвычайно редко, в то время как космические частицы с меньшими энергиями или, как их называют, космические лучи регистрируются постоянно. Земля достаточно хорошо защищена от космического излучения магнитным полем и атмосферой. Поэтому станции для их регистрации и изучения строятся в высокогорных районах. Статистику нужных событий приходится накапливать годами. Эта методика совсем дешевая по сравнению с ускорителями, но уж больно медленная. С учетом условий работы и проживания на высокогорных станциях, судьбе физиков этой специальности не позавидуешь. К тому же успех их дела зависит не только от усердия и навыков, но и от счастливого случая.

Среди множества открытых к настоящему времени элементарных частиц есть одна, практически не взаимодействующая с другими, это – нейтрино. Нейтрино свободно пролетает не только через атмосферу, но и через всю толщу Земли. Интерес к их регистрации связан с тем, что они рождаются при термоядерном синтезе и несут в себе недоступную для иных способов наблюдения информацию о процессах, протекающих в самом центре Солнца. В жизни почти всегда так – до самого интересного труднее всего добраться.

В России есть два уникальных нейтринных телескопа Института ядерных исследований Российской академии наук: один в Приэльбрусье – подземный, второй на Байкале – подводный.

Подземная нейтринная лаборатории расположена в одном из самых живописных месте Северного Кавказа – Баксанском ущелье. До Эльбруса рукой подать. Физики умели выбирать места для своих стойбищ. В прежние годы это была Мекка альпинистов. До сих пор сохранились следы их баз. Здесь буквально за несколько часов можно подняться из теплого, раскрашенного во все цвета лета в суровый край холода и вечных льдов. При этом на пути один за другим открываются чарующие горные горизонты. Удивительно, насколько все горы неповторимы и прекрасны в своем величии. Природа вообще мало что создает небрежно, а уж в своих грандиозных творениях она достигла вершин мастерства.

Нейтринная станция находится в шахте под огромной крутой горой. Гора служит экраном, закрывающим доступ к сердцу телескопа всех других космических частиц, кроме нейтрино. Попасть на станцию можно по узкому мрачному тоннелю, проехав три с половиной километра в вагонетке к центру горы. За массивными воротами открывается довольно хорошо оборудованное помещение площадью 700 кв. метров. Большую часть места в нем занимают объемные резервуары необычного и даже загадочного вида. В них содержится шестьдесят тонн жидкого галлия.

Галлий – это металл, который плавится при необычно низкой температуре – уже в руках. Но не это его свойство в данном случае главное. При пролете нейтрино через галлий случаются (чрезвычайно редко) превращения атома галлия в изотоп германия. Если подождать дней десять, то в шестидесяти тоннах галлия образуется 10–20 атомов германия (в зависимости от интенсивности нейтринного потока). Эти-то атомы и нужно отыскать ученым, чтобы потом судить о внутренней жизни Солнца.

Несравненно проще найти иголку в стоге сена. Говоря образно, но не преувеличивая, в данном случае речь идет об отыскании капельки слегка подкрашенной воды в Мировом океане. Задача дополнительно осложняется тем, что изотоп германия нестабилен и через пару недель превращается обратно в галлий.

В это невозможно поверить, но методами химического разделения все до одного атомы германия в шестидесяти тоннах галлия удается оперативно зарегистрировать. Детали метода я не стану описывать и лишь приглашаю читателя восхититься подобными успехами физико-химической науки.

До поры до времени нейтринный телескоп работал в штатном режиме, сообщая обнадеживающую информацию о солнечной активности. Но в лихие 90-е беда пришла, откуда не ждали. Дело в том, что галлий довольно редкий и дорогой металл, находящий применение в микроэлектронике. Как мы помним, в конце прошлого века предприимчивость определенной части россиян, вульгарно воспринявших условия рыночной экономики, возросла настолько, что обрезались и сдавались в утиль провода с линий электропередач. Не удивительно, что в поле зрения попал и галлий.

Методы бандитского захвата галлия, не давшие результатов в силу героизма, стойкости и сплоченности коллектива телескопа, были дополнены более цивилизованными, но от того не менее опасными приемами административного характера. Дело дошло до того, что на правительственном уровне было принято решение об изъятии значительной части галлия с телескопа. Естественно, в интересах народа (не всего, конечно, а определенной его части). В результате битвы (по-другому не скажешь), длившейся несколько лет, галлий удалось отстоять, и нейтринный телескоп продолжает нести службу. Это был тот случай, когда стоять насмерть нужно было уже не только сотрудникам лаборатории, но и руководству Министерства науки. Если бы мы проиграли, это стало бы национальным позором в глазах мирового научного сообщества.

Байкальский телескоп устроен совершенно иначе. Принцип его действия основан на еще одном свойстве нейтрино – вызывать (опять же чрезвычайно редко) в воде слабое оптическое свечение. Подобный эффект возникает и от множества других космических лучей. Для того чтобы распознать именно нейтрино, нужно погрузиться глубоко, более чем на километр, в воду. На такую глубину иные космические частицы и солнечный свет уже не проникают.

Подводный телескоп представляет собой систему из 192 стеклянных шаров, погруженных в озеро на расстоянии трех с половиной километров от берега, где глубина достигает полутора километров. Внутри каждого шара диаметром около полуметра установлены особо чувствительные датчики света. Каждое событие (свечение) регистрируется несколькими шарами, и затем по времени задержки сигналов судят о направлении движения нейтрино. Все шары соединены проводами с береговой приемной станцией, аппаратура которой принимает и обрабатывает поступающую информацию.

Благодаря тому что вода в озере исключительно чистая, даже слабое свечение в ней можно «увидеть» издалека. Однако для того, чтобы зарегистрировать и распознать нужные события, потребовалось решить множество сложнейших технических проблем. К примеру, положение всех шаров нужно знать и контролировать с огромной точностью, что на километровой глубине осуществить весьма непросто. Ежегодно приходится доставать все шары для профилактики. Делается это зимой со льда.

Лед на Байкале такое же чудо, как и само озеро. Он достигает двух метров толщины и при этом совершенно прозрачен. Изменения температуры вызывают в нем внутренние трещины, которые создают неповторимый многомерный узор. Но эта красота завораживает лишь туристов. Физикам приходится долбить его толщу в жуткую стужу, чтобы с большой осторожностью достать с помощью лебедок и трактора свои «игрушки» – заякоренные на дне озера гирлянды шаров. Зимняя экспедиция длится несколько месяцев, и к концу изнурительной работы большинству ее участников уже не до красот Байкала. Другое дело летом – и работа легче, и красот больше. В общем, и здесь физики с выбором места работы не промахнулись.