Через терни до людей

Екскурсія в надра гори

У 1977 році, до 60-річчя Жовтневої революції, були отримані перші дані на унікальному устаткуванні, встановленому в Баксанській ущелині (неподалік найвищої вершини Європи - Ельбруса). Отрапортувавши, як ведеться, про досягнення, вчені та будівельники продовжили нелегку роботу, так що весь комплекс Баксанської нейтринної обсерваторії запрацював трохи пізніше. А вийшов він немаленький: обсерваторія складається з кількох лабораторій (Лабораторія баксанського підземного сцинтиляційного телескопа (БПСТ), Низькофонові лабораторії на глибині 100, 600, 4800 м і Лабораторія галлій-германієвого нейтриного і під вершиною. Для цього в товщі гори були прорубані штольні, а в її надрах створені величезні зали для апаратури. Аналогічних установок у світі немає.

Для чого були потрібні колосальні інженерні, трудові та фінансові витрати? "Справа в тому, -розповідає співробітник обсерваторії Дахір Даніялович Джаппуєв, що з космосу в атмосферу потрапляють високоенергетичні частинки (як правило, ядра атомів і елементарні частинки), що породжують в атмосфері потоки вторинних частинок, які називаються зливами. Космічні зливи можуть покривати площу до кількох квадратних кілометрів. Якщо ми на певній висоті поставимо детектори, то зможемо реєструвати частинки, що проходять через них. У чому інтерес таких спостережень? Сучасні прискорювачі, що розганяють частинки до величезних енергій, навіть близько не можуть підійти до тих енергій, з якими частки йдуть із космосу. Це дуже важливо з пізнавальної точки зору. Тому й створюються такі настанови».

Ми захищені земною атмосферою від космічного випромінювання та рідко замислюємося про його існування. Лише останнім часом у популярній літературі стали писати про сонячне проміння і, зокрема, про їх вплив на самопочуття людини. Але космічне випромінювання надходить до Землі не тільки від Сонця, воно може розповісти дуже і дуже багато про історію Всесвіту, відкрити таємниці будови матерії.

Перед співробітниками нейтринної обсерваторії зараз стоїть кілька основних завдань: 1) дослідження внутрішньої будови та еволюції Сонця, зірок, ядра Галактики та інших об'єктів Всесвіту шляхом реєстрації їх нейтринного випромінювання; 2) пошук нових частинок та надрідкісних процесів, що передбачаються сучасними теоріями елементарних частинок, на недоступному іншим методам рівні чутливості; 3) дослідження космічних променів високих енергій, гамма-астрономія.

Чи можназловити нейтрино?

«Баканська нейтринна обсерваторія – це відділ Інституту ядерних досліджень РАН, – починає свою розповідь Валерій Борисович. — Подібних обсерваторій у світі одиниці». Виявляється, наша, незважаючи на свій солідний вік та мізерне фінансування, продовжує залишатися унікальною. Але, щоб зрозуміти цю унікальність, треба трохи поринути у світ елементарних частинок.

Ці частинки, розміри яких набагато менші за розміри атомних ядер, у тому числі й невловиме нейтрино (це електрично нейтральна стабільна елементарна частка з масою спокою, близькою до нуля; бере участь тільки в слабкій взаємодії, має високу проникаючу здатність), з величезною швидкістю вриваються з космосу у атмосферу Землі. Всупереч поширеній думці, в нейтринній обсерваторії їх не «ловлять», а просто реєструють, запам'ятовуючи тип, кількість, напрямок та швидкість. Точніше, реєструють навіть самі ці частки, а частинки, народжені у атмосфері Землі (звані вторинні) внаслідок взаємодії первинних частинок із земної атмосферою. За цими даними вчені можуть відновити природу первинного випромінювання.

Але як помітити частинку, що пролетіла з гігантською швидкістю (на нашій планеті таких швидкостей), розмір якої при цьому менший за розмір атомного ядра? І тому існують спеціальні детектори. Зовні вони є металеві баки розміром 70 х 70 х 30 см3, заповнені уайт-спіритом. В уайт-спірит розчиняється спеціальна речовина - сцинтилятор. Коли елементарна частка (хай навіть одна!) пролітає крізь такий детектор (завдяки своїм розмірам та швидкості вона має колосальну проникаючу здатність, так що стінки детектора для неї не є перешкодою), вона викликає непомітне оку свічення сцинтилятора. Це світіннябагаторазово посилюється і перетворюється на електричний сигнал за допомогою фотоелектронного помножувача, що знаходиться збоку детектора. Чим більша маса частинки та її швидкість, тим яскравіший слід (трек) частинки, тим сильніший електричний сигнал.

Сотні таких детекторів об'єднані у вісім площин телескопа: чотири вертикальні та чотири горизонтальні, розташовані на різних поверхах. Частка, що приходить із деякої точки небесної сфери, залишає свій слід у кількох детекторах різних площин. Проаналізувавши отриману інформацію, можна з точністю до 2° визначити ту точку на небесній сфері, звідки прийшла частка. Від кожного детектора інформація надходить у комп'ютер.

Унікальність Баксанської обсерваторії в тому, що детектори її телескопа розташовані не тільки на схилах Андирчі (висота гори близько 4000 м — чим вище розташована обсерваторія подібного типу, тим менший вплив атмосфери і кращий результат), а й у товщі гори. Справа в тому, що деякі елементарні частинки не проходять крізь скельну породу, інші при проходженні значно уповільнюють свою швидкість. Таким чином, спочатку космічне випромінювання реєструється на схилі гори, а потім те, що від нього доходить, у її надрах. Порівнюючи результати, вчені отримують додаткову інформацію. Подібного поєднання розташування детекторів немає на жодній установці у світі.

А користь де?

Ну а яка ж практична цінність досліджень, що проводяться обсерваторією? Боюся розчарувати читачів, але вона практично нульова. Проведені тут дослідження не прикладними, а фундаментальними. Це означає, що вони дозволяють фізикам розсовувати межі пізнання як Всесвіту, і світу елементарних частинок. Мікрокосмос та макрокосмос тут вивчають одночасно. Співробітники обсерваторіїпостійно ведуть дослідження та публікують наукові статті. Є й визначні досягнення.

Останній крик соціалізму

Говорячи про досягнення Баксанської нейтринної обсерваторії, не можна не згадати людей, завдяки яким ці досягнення з'являються. Ідеологом та засновником обсерваторії був академік Олександр Євгенович Чудаков.

Нинішні співробітники обсерваторії полюбляють повторювати: сам факт її створення є унікальним. Зважитися на таке могли тільки в Радянському Союзі, який прагнув бути першим у всьому, зокрема й у дослідженнях космосу. Штольні у скелі, підземні лабораторії з унікальним обладнанням. Селище високо у горах, де мешкають співробітники обсерваторії. «Нині, — каже Рита Вікторівна Новосельцева, яка проводила для нас екскурсію під землею, — і думати про таке неможливо». І гордо показує нам плакат «Слава радянській науці!», який принципово не знімають у підземній лабораторії.

Коли розпався Радянський Союз, розпочалася перебудова та позначилися нові перспективи в економічному розвитку країни, нейтринна обсерваторія не уникла долі всієї української науки.Держава практично не фінансувала комплексу, проте люди, унікальні фахівці, продовжували працювати. Тоді в обсерваторії народилася приказка, яка згодом стала пророчою: «Те, що немає грошей, ще не страшно. Найстрашніше, якщо ми матимемо гроші, але вже не буде людей». Схоже, цей час настав: незважаючи на економіку, що налагоджується зараз, обсерваторія втратила багатьох висококласних фахівців. Молодь йде сюди, але з великим небажанням. Середня зарплата наукового співробітника донедавна становила 3600 рублів.

Проте обсерваторія як продовжує працювати, а й залишається хорошому рахунку у світовій науці. Можна з упевненістю сказати, що заслуга в цьому належить її колективу — скромним людям, які залишаються в тіні, яких ми, їдучи, про себе охрестили «лицарями сучасної науки» за їхнє безкорисливе служіння своїй справі. У світі немає насильства, воєн, негативу, прагнення споживання і комфорту. Все це чудово замінюється науковими завданнями, дослідницькою роботою та спільною працею.

Що далі?

Завдань, які зараз стоять перед обсерваторією, так багато, що навіть на простий перелік їх не вистачить журналу. Але про одну Дахір Даніялович нам розповів: «Все космічне випромінювання вважається ізотропним, тобто поступово з усіх боків. Але зараз існує теорія про те, що принаймні спочатку космічні промені мають анізотропність, тобто походять від деяких конкретних об'єктів. Ми є одні з перших, хто проводить такий експеримент, намагаючись встановити, чи є на небесній сфері виділені точки, звідки йде випромінювання. Поки що можна сказати, що принаймні у нашій Галактиці випромінювання з усіх напрямків приходить однакове».

В обсерваторії шукають невидимі джерелу окакосмічного випромінювання. Поки що не знайшли. Але тільки поки що.