Ловцы неуловимого. Возможности Галлий-германиевого нейтринного телескопа

Подземная камера ГГНТ во время строительства. Середина 1980-х годов. На фото наш американский коллега Брюс Кливленд
Подземная камера ГГНТ во время строительства. Середина 1980-х годов. На фото наш американский коллега Брюс Кливленд

Старший научный сотрудник Института ядерных исследований РАН, участник эксперимента по изучению свойств нейтрино, канд. техн. наук Илья Мирмов отвечает на вопросы выпускающего редактора ТрВ-Наука Максима Борисова. Видеозапись беседы: youtu.be/z4YQ_lFaa0E.

YouTube player

— Добрый день. Мы находимся в Институте ядерных исследований Российской академии наук и разговариваем с Ильей Наумовичем Мирмовым. Это заместитель главного редактора «Троицкого варианта — Наука» и одновременно он действующий ученый: занимается исследованиями на Галлий-германиевом нейтринном телескопе в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН. Что это за установка? Как появилась идея ее создания? Какие эксперименты сейчас на ней проводятся?

Илья Мирмов и Максим Борисов
Илья Мирмов и Максим Борисов

— Да, вопрос очень богатый и с длинной предысторией, которая началась аж в 1930-х годах, когда теоретически предположили существование нейтрино: теория не согласовывалась с экспериментом, и была выдвинута гипотеза, что некоторая часть энергии теряется именно с нейтрино. Но мало предположить — дальше надо было доказать существование нейтрино. Когда это удалось, то выяснилось, что нейтрино вообще пронизывают, как теперь известно, всю Вселенную. Эти частицы обладают уникальной способностью проникать всюду, и летят они тоже отовсюду. Естественно, что ближайший для нас и самый понятный источник нейтрино — это Солнце, от которого к нам летит мощный поток этих частиц. Если память мне не изменяет, через каждый квадратный сантиметр нашего тела в секунду пролетает 1012 этих самых нейтрино. При этом нейтрино являются единственным доступным для нас источником информации о том, какие процессы происходят внутри Солнца: всё остальное либо поглощается солнечным веществом, либо сильно трансформируется прямо на выходе и по пути от Солнца к Земле. А нейтрино, благодаря своим уникальным свойствам, долетает практически без всяких изменений (как тогда предполагалось).

Как регистрировать нейтрино от Солнца и как регистрировать нейтрино вообще придумал великий советский физик Бруно Понтекорво. Для этого он предложил так называемые радиохимические эксперименты. Все они построены на одном и том же принципе: нейтрино долетает от Солнца до Земли, вступает во взаимодействие с некой мишенью, превращает атомы этой мишени в обязательно радиоактивные атомы другого вещества, и эти атомы можно извлечь из мишени и сосчитать. Конечно, на словах это всё просто, а на деле от идеи до воплощения прошло двадцать лет, а от первого воплощения до решения возникшей при этом проблемы — так называемой проблемы солнечных нейтрино — прошло еще, наверное, лет сорок. Могу сказать, что мне посчастливилось в течение достаточно продолжительного времени участвовать в этих экспериментах по… не скажу, что поиску: раньше это считалось поиском, а потом это стало измерением солнечного нейтринного потока. И, безусловно, не только радиохимические эксперименты могут регистрировать поток нейтрино. Существуют и некоторые другие способы, благодаря которым, собственно, эта проблема была закрыта. Ну а наша часть была относительно небольшой, но очень важной. Это так называемый радиохимический эксперимент по детектированию солнечных нейтрино, знаменитый галлий-германиевый нейтринный эксперимент, он же SAGE — Soviet American Gallium Experiment; и несколько других экспериментов, которые также связаны со свойствами нейтрино, но уже не от Солнца, а от искусственных источников.

Экспресс-летучка коллаборации SAGE с американскими коллегами, Санта-Фе, 2006 год. Слева направо: И. Н. Мирмов, Стив Эллиот, В. Н. Гаврин, Брюс Кливленд, Т. В. Ибрагимова (ведущий обработчик физических результатов коллаборации)
Экспресс-летучка коллаборации SAGE с американскими коллегами, Санта-Фе, 2006 год. Слева направо: И. Н. Мирмов, Стив Эллиот, В. Н. Гаврин, Брюс Кливленд, Т. В. Ибрагимова (ведущий обработчик физических результатов коллаборации)

— А каковы преимущества именно вашей установки? Ведь там есть еще куча других нейтринных экспериментов… Вы работали в других диапазонах? В чем, собственно, смысл?..

— Ваш вопрос прямо подразумевает ответ, потому что Понтекорво, который предложил радиохимический эксперимент, тогда рассматривал всё это в основном теоретически… Ну, сами понимаете, технологии: это, если память мне не изменяет, 1946 год, когда было предложение. Соответственно, тогда не было технологий ни осуществления этого эксперимента, ни технологий счета. Всё это в процессе бурно росло и развивалось, и постепенно возникли предпосылки для того, чтобы эти эксперименты осуществить. Тут надо предупредить, что я не специалист-физик, а химик-технолог, попавший в физическую составляющую этого эксперимента благодаря такому вот удивительному распределению института, который я закончил: Московский институт тонкой химической технологии. Соответственно, вроде бы никакого отношения к астрофизике мы не имели. И вот, тем не менее, оказалось, что в ИЯИ РАН требовались специалисты именно моего профиля. Я приехал сюда познакомиться. Знакомство оказалось успешным. С тех пор прошло уже 38 лет, и по сей день я вот в этом месте нахожусь, работаю, и мы достигли кое-каких успехов.

Вручение Нобелевской премии Р. Дейвису (2004 год)
Вручение Нобелевской премии Р. Дейвису (2004 год)

Возвращаясь к преимуществам эксперимента… Первый знаменитый хлор-аргонный эксперимент был сделан американским ученым, кстати, тоже химиком, за что он всё время и получал некую укоризну, — Реймондом Дейвисом-младшим. Совершенно замечательный дядька, нобелевский лауреат по физике за нейтрино — с очень большим запозданием, если память опять же мне не изменяет, премию он получил в 2004 году, хотя с момента получения первых результатов в хлор-аргонном эксперименте прошло сорок лет. Признание в науке приходит, к сожалению, зачастую очень поздно. Так вот, ему удалось измерить поток солнечных нейтрино. В принципе, чисто теоретически вроде всё получалось замечательно, но количество нейтрино составило треть от ожидаемого в теории. Ему сказали: дядя, ты, типа, не умеешь, ты вообще химик, что ты полез не в свое дело? Шучу, конечно… Но тем не менее были такие соображения. Хлор как мишень неудачен тем, что фиксирует только высокоэнергетичные нейтрино, а это составляет небольшую часть общего нейтринного потока от Солнца. Понятно, что есть теоретические расчеты, причем некоторые из них напрямую связаны с солнечной светимостью: как Солнце светит, так, в общем-то, столько нейтрино и должно прилететь. Но нет, хлор-аргонный эксперимент намерил очень мало. Естественно, возникли два варианта: либо чего-то мы не понимаем, либо эксперимент неверен.

Один эксперимент можно оправдать или, наоборот, опровергнуть другими экспериментами. Тогда же как раз появились эксперименты, которые позволяют напрямую фиксировать нейтрино, летящие от Солнца, при помощи сцинтилляторов или воды (т.н. черенковское излучение). Поскольку, опять же, я не специалист, я на этой теме останавливаться не буду, но первые же результаты водного черенковского эксперимента — «Камиоканде» в Японии — в принципе подтвердили результаты Дэвиса, что несколько снизило накал упреков в адрес пионеров этого движения. Хорошо, чем мы можем подтвердить, что надо сделать дальше? В 1963 году советский физик Вадим Кузьмин, с которым тоже я имел честь не просто быть знакомым, но и сотрудничать, предложил для этой цели в качестве мишени галлий: опять же, поток нейтрино прилетает, взаимодействует с ядрами галлия, получается радиоактивный изотоп германий-71, который надо извлечь. Всего-навсего несколько атомов из многих тонн мишени, поскольку нейтрино слабо взаимодействуют с веществом. Соответственно, мишени должно быть очень много. Ну и так, знаете, мы извлекали пару-тройку десятков атомов из 60 тонн галлия.
В. А. Рубаков и В. А. Кузьмин (автор идеи галлиевого детектора нейтрино)
В. А. Рубаков и В. А. Кузьмин (автор идеи галлиевого детектора нейтрино)

— А это как происходит? Циклами?

— Да, совершенно верно. Сцинтилляционные и черенковские детекторы меряют, что называется, онлайн — пролетела частица — они ее зафиксировали. Но и это тоже должны быть достаточно развитые технологии…

— Это, например, байкальские, да?

— Верно, Байкал в том числе… Либо вода, либо какие-нибудь сцинтилляторы, в которых нейтрино оставляет след. Это если объяснять чисто популярно. За более тонкими вещами — к профессионалам.

— А IceCube? Обсерватория во льду на Южном полюсе…

— Да, их много: Kamiokande, Borexino…

— Kamiokande — не солнечные, точно?

— Они были не для Солнца, но потом стали делать и то, и другое. Потом японцы усовершенствовали установку: появилась Kamiokande-II, Super-Kamiokande, т. е. они росли скорее экстенсивно, увеличивая массу мишеней, чувствительность установки, понижали порог, ну и т. д. Но принципиально было на тот момент ответить на вопрос, в чем преимущество галлия: в первую очередь в том, что он позволяет фиксировать практически весь, так называемый интегральный, поток нейтрино от Солнца, в том числе нейтрино малых энергий, которые составляют большую часть этого потока — в сумме больше 99%.

— А какие именно нейтрино? Электронные? Мюонные?

— Электронные, но это вообще отдельный разговор. И я бы не хотел углубляться, будучи химиком, но не специалистом в нужной области. Моя научная задача состояла совершенно в другом.

— Осцилляции, которые предсказал Понтекорво.

— Думаю, вы, будучи физиком, может, даже в каких-то вещах гораздо лучше меня разбираетесь по этой специальности. Так вот, вроде как всё должен фиксировать именно галлий — сто процентов, считайте, летит от Солнца, известно сечение захвата нейтрино на галлии — это измерили на реакторе, то есть какая часть нейтрино должна превращать галлий в германий. Галлий, естественно, только 71-й, хотя он составляет некоторую часть от природного галлия. Опять же, это снижает эффективность: чем больше у тебя мишень, тем больше эффективность, тем больше точность счета.

Фото подземной лаборатории ГГНТ
Фото подземной лаборатории ГГНТ

Предложить эксперимент — это хорошо, но опять же нужна радиохимическая технология извлечения… В хлор-аргоне было достаточно всё просто. Хлор находился в составе перхлорэтилена. Это, грубо говоря, то вещество, которое используется в химчистке. Его полно в промышленности, и для эксперимента его достаточно легко очистить. Ведь надо не забывать, что вещество мишени должно быть очень чистым. Мало того, что у нас нейтрино сложно ловить, так еще и ни в коем случае нельзя забывать про проблему фона. А фона у нас более чем достаточно, потому что космическое излучение пронизывает всё насквозь, и там летят частицы гораздо более чувствительные к веществу, нежели нейтрино. В первую очередь, дело было не столько даже в технологии, а в том, чтобы сразу придумать, как избавиться от фонов. Придумалась очень простая идея: всего-навсего положить эксперимент глубоко под землю, где все космогенные частицы и захватываются толщей земли. Вот, засунули это на действующем руднике (я про хлор-аргон уже опять) где-то на километр в шахту в Южной Дакоте, в страшной американской глуши. Туда заезжали ученые, и я сам там тоже был, в здоровенной, на 40–50 человек клети, вместе с рабочими — никто подстраиваться не собирался…

— Какая-то выработанная шахта, да? Или там еще что-то добывали?

— К моменту, когда я там был в 1991 году, она была действующей. Вместе с рабочими опускались и ученые, и всё было нормально: прекрасное сосуществование, дружба, одни интересовались жизнью других… Но условия, конечно, там были так себе. А в Советском Союзе тогда было, естественно, нормальное желание догнать и перегнать. И поэтому специально для астрофизических экспериментов в СССР была построена знаменитая Баксанская нейтринная обсерватория Института ядерных исследований РАН. Это абсолютно специализированная разработка — множество установок.

— То есть изначально там не было никаких шахт?

Гора Андырчи – под этой вершиной находится ГГНТ
Гора Андырчи – под этой вершиной находится ГГНТ

— Нет, нет. Специально всё вырыли для ученых. Более того, наши выдающиеся ученые, вместе с тогдашним главой нашего отдела Георгием Тимофеевичем Зацепиным, искали место, причем не для шахты — она очень сложна в функционировании, — а для штольни. Разница в том, что штольня горизонтальная. Должна быть достаточно скалистая и крутая гора, чтобы в ней можно было проделать не очень глубокую дырку, потому что надо зайти в центр горы. Такую гору, называющуюся Андырчи, нашли на Северном Кавказе, в Кабардино-Балкарии. И «всего-навсего» три с половиной километра надо было прорыть для того, чтобы построить там лабораторию для галлий-германиевого телескопа.

— А какая толща земли, скального грунта?

— Примерно 1700 м до установки или 4700 м водного эквивалента: это означает, что вот такая толща воды защищает нас от космогенных излучений. Но всё это горизонтально, туда ходит у нас электровоз, проложены рельсы, две параллельные штольни, потому что одна чисто по технике безопасности никак не справится. Нужны две — одна главная, одна вспомогательная. Более 3,5 км, потому что БНО, та самая обсерватория, — это целый комплекс установок. И первая из них была подземным сцинтилляционным телескопом, тогда крупнейшим в мире — примерно на 600 м от входа в штольню. Дальше там было еще несколько установок. Именно Галлий-германиевый телескоп — мы его так и будем называть, так прижилось, а так-то он — детектор, не телескоп, который смотрит небо. Ну, собственно, мы тоже смотрим в небо, хотя и находимся под большим слоем земли. И дальше уже используется именно химическая технология, которая позволяет функционировать «телескопу» как таковому. Потому что, опять же, возвращаясь к хлор-аргону, там перхлоротилен надо продуть потоком гелия. И оттуда весь наработанный радиоактивный аргон, который является инертным газом и ни с чем не вступает во взаимодействие, просто сажается на угольных ловушках и дальше помещается в счетчик. Опять же, я всё очень сильно утрирую, это не так всё просто, но тем не менее… Гораздо проще, чем был бы галлий. Во-первых, любой галлий — что металл, что раствор его соли — это до жути реакционно-способные элементы и вещества. Надо было предотвратить коррозию, надо было продумать третье, пятое, десятое…

Параллельно развивалось два галлиевых эксперимента. Один был европейским, а другой, второй, так и назывался — советско-американский, потому что американцы было начали разрабатывать свою установку, но их не поддержали. Опять же, я все подробности не помню — прошло сорок лет… И в целом к делу подошли прагматично: мозги, силы, деньги наши, а они поставляли нам и оборудование, и мозги. Оборудование было серьезное, потому что у нас, естественно, тогда еще не было и компьютеров.

– Сорок лет назад?

— Мы запустили телескоп в 1987 году, так что уже скоро будет сорок лет. А сама советско-американская коллаборация создана в 1984 году. Компьютеров наших не было, но были все эти первые IBM PC, 286-е и 386-е. Безусловно, надо оценить вклад американских коллег очень положительно. Так вот, европейцы выбрали как раз технологию использования раствора галлия. Это соляно-кислый раствор GaCl3 — надо учитывать ту самую коррозию. Естественно, его в мишени меньше, потому что галлия в растворе существенно меньше, чем в галлии металлическом. Но сильно подозреваю, что американцы помучились с извлечением из металлического галлия единичных атомов германия и подумали: овчинка выделки не стоит. Умный в гору не пойдет, а мы не только пошли, мы полезли и эту технологию, принципиально предложенную тем же Дейвисом, доработали. Я пришел уже на самый хвостик разработок, потому что тогда уже примерно представлялось, как всё это делать. У нас здесь на территории Института ядерных исследований стоял реактор с семью тоннами галлия, и мы на нем отрабатывали первый эксперимент: как извлечь единичный атом из германия и довести его до состояния счета. Это примерно сутки серьезной, ответственной, тяжелой, концентрированной работы. И всё это мне порой напоминает кузнеца, который выковал пшик. Поначалу берется 50–60 тонн галлия металлического — тогда он был дорогущий. (Вообще отдельная история, как у нас неоднократно его пытались отнять. Расплавленный галлий смешивается со многими тоннами серьезных химических реактивов — у нас используется соляная кислота, сверхчистая перекись; после этого жидкость, которая содержит много-много галлия (потому что он тоже растворяется), и немножечко атомов германия, переносится в специальные стеклянные аппараты — тоже очень сложные и дорогие. Сначала идет выпарка, потом из большого количества жидкости происходит отдувка газом и в итоге получается 100 мл жидкости. Из этого объема мы получаем менее 0,1 см3 так называемого рабочего вещества. Оно помещается в вот такого размера пропорциональный счетчик (кстати, мы можем отдельно его потом показать), который ставится в дополнительно защищенную от фона счетную систему — всё это под землей, — и считаются единичные распады. Мы должны засечь примерно 20–30 атомов из 50–60 тонн галлия. Такую технологию мы разработали и в 1990 году официально представили первый результат.

— А это с какой периодичностью?

— Месяц.

— То есть, ежемесячно весь этот объем галлия обрабатывается?

— Обрабатывается жидкостью, и галлий в итоге возвращают, потому что растворяется лишь небольшая часть — от многих тонн растворяется 50–60 кг. И естественно, этот галлий, опять же, — это тоже химическая технология. Он добывается из раствора, подвергается скрупулезной очистке и возвращается в телескоп. Но на самом деле этого мало. Это тоже часть химической технологии, потому что галлий на поверхности заражен теми самыми космогенными излучениями, о которых я говорил. Мало того, что его надо очистить химически, (у нас чистота — четыре девятки после запятой), его еще надо очистить от наработанных фоновых изотопов германия, главный из которых это долгоживущий Ge-68, который не распадется практически никогда. Это мы тоже научились делать.

Жидкий галлий в реакторе ГГНТ
Жидкий галлий в реакторе ГГНТ

— Вот мы и заговорили о результатах. Первые результаты появились в 1990-м?

В. Н. Гаврин (стоит первый слева), Е. П. Веретёнкин (сидит второй справа) и химико-технологическая группа ГГНТ, 1990 год
В. Н. Гаврин (стоит первый слева), Е. П. Веретёнкин (сидит второй справа) и химико-технологическая группа ГГНТ, 1990 год

— Да. Спустя полгода результаты представила европейская коллаборация GALLEX: и мы, и они дружно подтвердили нехватку нейтрино на Земле относительно теоретических расчетов. Правда, уже была не треть, а всего половина. То есть, какая-то часть низкоэнергетичных нейтрино всё равно долетает. Собственно, когда выяснили, что «прилет» составляет всего-навсего треть, тогда и родилась проблема солнечных нейтрино. Галлиевые телескопы — и наш, и европейский, — ее подтвердили. Осталось понять, почему это происходит. Теоретические предположения, разумеется, были, среди них знаменитый эффект Михеева — Смирнова — Вольфенстайна. Первые двое ученых работали как раз у нас в отделе. Опять же, я имел честь быть с ними знакомым и сотрудничать. Они, конечно, по большей части теоретики, но без их расчетов, без их оценки ситуации, без их понимания вообще, что происходит во Вселенной, конечно, эксперимент был бы слеп. И они предположили те самые знаменитые нейтринные осцилляции и когда они происходят. На Земле фиксируется в лучшем случае только половина нейтрино.

Совместные результаты — наших измерений, сцинтилляционных детекторов, онлайн-измерений Super-Kamiokande и знаменитого водного SNO в Садбери, который был построен уже в 2000-х годах, подтвердили.

— Kamiokande — от ускорителей…

— Они потом мерили и Солнце. И это тоже Нобелевская премия. Я считаю — это мое скромное мнение, — что руководитель нашего эксперимента, академик Владимир Николаевич Гаврин вполне тоже заслужил Нобелевскую премию, потому что вклад галлиевых экспериментов, особенно SAGE, ничуть не меньше, я считаю.

Руководитель ГГНТ, экспериментов SAGE и BEST академик В.Н.Гаврин
Руководитель ГГНТ, экспериментов SAGE и BEST академик В.Н.Гаврин

— В доказательство осцилляций?

— В решение проблемы солнечных нейтрино и доказательство того, что недостаток нейтрино на Земле вызван осцилляцией.

Вот, когда мы начинали, оказалось, что придется померить целый солнечный цикл, или два — 11 лет и 22 года. Ничего, померили эти 22 года, всё получили, все результаты подтвердили. Но важнейшей составляющей наших экспериментов было подтверждение правильности отклика детектора на сигналы от нейтрино. Мало ли, что мы там меряем, может, мы меряем что-то не то или вообще не домериваем. Что может это подтвердить? Естественно, искусственный источник нейтрино. Опять же, умные и грамотные люди придумали, какие именно и от каких источников нужны нейтрино. Где такие источники сделать, опять же, тоже придумали. И все эти эксперименты с искусственным источником нейтрино породили новую проблему: искусственных источников нейтрино всего было четыре — два у европейцев и два у нас. Но если у европейцев оба источника были на основе хрома-51 — посильнее, то у нас были два разных источника. Это особо ценная вещь, потому что она позволила доказать, что мы, собственно, не зависим в том числе и от хрома, потому что получаем более-менее одинаковые результаты. У нас один источник был на основе хрома-51, а второй на основе аргона-37. Опять-таки, на мой взгляд, достаточно уникальная вещь. При помощи специалистов Института реакторных материалов и Белоярской атомной станции газообразный источник на основе аргона-37 был создан, доставлен в нашу обсерваторию, в нашу лабораторию, и была проведена вторая калибровка нашего детектора. Отклик, в принципе, и у европейцев, и у нас, особенно в первой серии экспериментов с источниками получался вроде бы как более-менее сносный — около 100% в пределах ошибки.

Но, прямо скажем, этого не хватало. Особенно после измерений со второй парой источников. Так родилась галлиевая аномалия. Это, если сказать просто, явный недостаток количества нейтрино, фиксируемого от искусственных источников на галлии. Самый минимальный результат вообще был 79% от ожидаемого. Как раз у нас на аргоне. И даже с максимальной ошибкой плюс-минус 12% до 100% никак не дотянуться. Ну, можно натянуть, как говорится, сову на глобус и предположить, что ладно, сойдет. Но нет: четыре эксперимента и совместная их обработка говорят о том, что мы не досчитываем все нейтрино на галлии. Вот так, во-первых, это всё породило знаменитую галлиевую аномалию, которая обсуждается уже больше десяти лет, а во-вторых, породило предположение о стерильных нейтрино. Еще одна загадка, которую предстоит решить, — не знаю, успеем ли мы или нет, все-таки прошло много времени. Тем не менее мы работаем над этим.

Поэтому был проведен достаточно серьезный, я бы сказал, крупнейший после ЦЕРНа в целом эксперимент BEST (Baksan Experiment on Sterile Transitions, эксперимент по поиску стерильных нейтрино) — в основном, кстати, уже силами российских ученых. На данный момент мы не получили подтверждения существования стерильных нейтрино, но и не опровергли этого. Зато еще раз подтвердили галлиевую аномалию — менее 80% на обоих частях мишени. Там принцип такой, что нейтрино у тебя вылетает из компактного и самого мощного искусственного источника (это был третий для нас источник) на основе хрома-51, и галлий разбивается на две мишени. Мы фиксируем, сколько получилось нейтрино в первой мишени и сколько во второй. Если на короткой дистанции какая-то часть нейтрино превращается в стерильное, то перестает фиксироваться (а стерильное нейтрино вообще нигде ни на чем не детектируется). Его существование можно предположить только на основании его отсутствия — на разнице сигналов от двух рядом стоящих мишеней. В пределах той точности, которую мы достигли, мы не обнаружили такого эффекта, что говорит о необходимости следующего эксперимента: еще более мощный источник, еще более чувствительные методы регистрации, и тогда, может быть, мы что-то обнаружим. Вся наука сводится к тому, что сейчас это очень большие трудо- и финансовые затраты с малопредсказуемым результатом.

— Стерильное нейтрино еще более трудноуловимое по сравнению с тремя известными ароматами?

— Да — из того, что я читал, и того, что я понял: там такая физика начинается, что ее, на мой взгляд, понимает человек десять в мире.

— Ну, это как бы да, стерильное нейтрино — это пока что частица чисто гипотетическая — никаких таких твердых подтверждений их существования…

— По-моему, физика говорит о том, что вроде как они должны существовать (естественно, остается 5% на погрешность эксперимента), говорит о том, что, скорее всего, стерильные нейтрино есть. Дело за малым — доказать их существование.

— Помимо доказательств осцилляции и косвенного указания на существование стерильных нейтрино, какие еще были эксперименты, достижения? Что еще удалось?

— Как всегда спрашивают: какая практическая польза от вас? Когда Максвелл сформулировал три своих закона, ему сказали: мужик, ты несешь полную ахинею, не может быть такого. А сейчас на электричестве существует вся цивилизация. Не знаю. В процессе — ну, по крайней мере, в той части, за которую я в целом отвечаю, — в основном это как раз та самая химическая технология, мы, допустим, разработали способ очистки галлия от микропримесей прочих элементов. Почему это в какой-то момент стало важно? Галлий раньше никому особо был не нужен. Не понимали, куда его вообще девать. Сверхчистый галлий для нашего эксперимента специально нарабатывали по распоряжению правительства СССР. И 60 тонн — это было, по-моему, 80% мирового запаса чистого галлия в те времена. А потом выяснилось, что микроэлектроника, которая стояла на германии, гораздо лучше стоит на арсениде галлия, который по своим химическим свойствам мало чем отличается от германия, но превосходит его как полупроводник. Как получить арсенид галлия? Для этого нужно много чистого галлия. Что делать со всем этим вышедшим из строя гигантским количеством приборов и микроэлектроники, которая основана на арсениде галлия? Не было технологий. Далеко ходить не стали. Использовали то, чем, в общем-то, занимались мы, а именно очисткой галлия от микропримесей. Вот одно из таких более-менее приходящих прямо сразу на ум наших практических применений.

Уже знаменитый двухзонный детектор нейтрино в эксперименте BEST по поиску стерильных нейтрино
Уже знаменитый двухзонный детектор нейтрино в эксперименте BEST по поиску стерильных нейтрино

Конечно, можно рассказывать восторженным обывателям о том, что на основании нейтрино можно разработать какие-то детекторы, которые будут не детекторами, а настоящими способами связи, передающими информацию с одного конца планеты на другой — ведь нейтрино проникает вообще повсюду, и таким образом его использовать вполне возможно.

— Есть идея так связываться с подводными лодками? Детектировать ядерное оружие?

— Совершенно верно. Ну, сказки можно рассказывать, а как оно будет на самом деле, я не знаю. Безусловно, любая ядерная бомба излучает в том числе и нейтрино. Но найти и зафиксировать такое количество?! Конечно, я не знаю. Пока мы еще не готовы. Но если у вас есть под рукой постоянно 60 тонн галлия, сутки на работу и много тонн перекиси и кислоты, мы можем попробовать. Но не знаю, когда это получится.

— А что там можно еще получить? Какой-нибудь там спектр нейтрино по энергиям?

— Мы вряд ли это можем. Мы меряем интегральный поток. Все нейтрино, которые прилетели, можем измерить. А по спектрам — вопрос к сцинтилляционным детекторам — это не наше дело. Я могу сказать про себя — не знаю, есть ли тут повод гордиться, — совершенно точно, что я единственный в мире специалист по синтезу моногермана. Того самого рабочего газа, который используется для детектирования распадов единичных атомов германия. В свое время людей, которые умели это делать, было всего, наверное, 6–7. По разным причинам, в том числе естественным, остался я один. Мне приходилось работать на всех радиохимических телескопах, и на хлор-аргоновом. Там, конечно, всё попроще: синтезировать моногерман не надо, а нужно просто загнать в счетчик очищенный аргон. Делал я синтез моногермана и у европейцев: установка очень похожа на нашу, ничего сложного нет, только знай, какую кнопку нажать, чтобы не перепутать — они все-таки в разных местах… А так в принципе это тоже достаточно сложный процесс, и на нем можно защищать диссертации — что, собственно, я и сделал уже достаточно давно. Пора уже, как говорится, сделать следующий шаг. Но вот рутина заедает. В ближайшее время мне как раз предстоит в очередной раз поехать на Кавказ. Сейчас мы проводим всяческие работы по поводу не то, чтобы реанимации — ну, установка должна, грубо говоря, работать, и надо постоянно там что-то время от времени хотя бы делать. После окончания того самого эксперимента BEST прошло довольно много времени. И поскольку получены вот такие результаты, то все-таки надо не исключать возможности сделать еще один эксперимент с очень мощным источником, но базирующимся уже не на хроме-51, а на каком-нибудь другом. Их есть несколько вариантов, среди которых точно есть цинк-65 — он, может быть, позволит нам все-таки доказать существование стерильного нейтрино.

— В заключение как раз и хотел спросить: какие планы по работе установки? Как эксперимент завершается? Будет ли какой-то новый этап? Или произойдет масштабирование эксперимента? Какие планы на ближайшее время? Какие перспективы? Что можно еще придумать? Про стерильные нейтрино я понял, а есть ли что-то еще?

— Фраза show must go on относится, конечно, не только к шоу-бизнесу, но и к науке. Если мы что-то прекращаем — не мы конкретно, а вообще человечество, то ничего хорошего нас не ждет, а лишь стагнация, деградация и одичание. Поэтому надо всячески стараться, но здесь, конечно, как я уже подчеркивал, мы вышли уже, сами понимаете, на такой уровень, что усилий одной страны бывает мало. По понятным причинам сейчас это всё существенно осложнилось, но дай бог, все-таки наступят времена получше, и мы опять-таки наладим взаимовыгодное и серьезное сотрудничество на самом высоком уровне, и тогда хватит уже и сил, и мозгов, и денег. Ну, естественно, надо всегда помнить о том, что должно происходить освежение сил. Нужна молодежь, и, соответственно, в науку нужно не только вкладываться в материальном плане, но и не забывать о поддержании научной смены. Когда мы пришли сюда, в команде была молодежь нашего возраста — человек тридцать только у нас в лаборатории, вся она состояла из молодежи. Самому старшему, нашему основному химику Е. П. Веретёнкину, было 34 года. И представьте себе, он до сих пор работает. Это ненормально, и надо как-то приглашать новых людей; делать так, чтобы было им интересно; и поддерживать интерес к науке в общем и целом. При всех тогдашних нюансах — сами знаете, что такое конец 1980-х и начало 1990-х, на которые пришлось начало нашей трудовой и научной деятельности, — голодно-холодно и жить негде, — мы всё нормально преодолели, сделали хорошие эксперименты, получили уникальные результаты. И это, вообще-то говоря, всё в Советском Союзе и в России: что могли, то могли. Зачастую вопреки.

Какие планы? Вот сейчас говорится о новом эксперименте по поиску стерильных нейтрино. А так вот, для чего нужен галлий? Ну, основные задачи решены. Конечно, за рубежом наука к этому всему относится проще: что-то сделали, свернулись, переехали на другое место, поменяли направление деятельности, поменяли место работы. Наши условия несколько иные. Надо для того, что есть (эти установки, это оборудование, эти помещения, эти лаборатории — они уникальны), придумывать серьезные задачи. В нашей подземной лаборатории в данный момент монтируется универсальная установка для детектирования нейтрино от различных источников — на этот раз на основе жидкого сцинтиллятора, линейного алкилбензола. На этот детектор возлагаются определенные надежды. А далее вопрос скорее даже к теоретикам: что вы хотите знать, что вы еще видите непонятного в этом мире? А экспериментаторы — которых я всегда имел честь представлять и на самом деле горжусь этим званием, как бы пафосно это ни звучало, — будут думать, как это воплотить, как доказать, как реализовать мечты.

Подписаться
Уведомление о
guest

3 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
5 месяцев(-а) назад

Вот, кому интересно, ссылка на статью с результатами баксанской нейтринной эпопеи с участием Ильи Мирмова.
http://www.jetp.ras.ru/cgi-bin/dn/r_122_0211.pdf
Эксперимент восхищает и изумляет, —  по многим признакам он одного уровня с регистрацией бозона Хиггса и гравволн.
Его желательно продолжать хотя бы еще лет 44, — чтобы набрать статистику измерений SNU, достаточную для выявления сезонных галактических ритмов в жизни звезд.
SNU — солнечная нейтринная единица.
Замечу: фурье-анализ измерений SNU в интервале апр1998-дек2001 c шагом примерно месяц, достаточно уверенно показывает два ритма — с периодом 4 и 6 мес.
Эти же два ритма видны в динамике солнечного ветра в том же диапазоне дат с шагом 27 суток.
http://cr0.izmiran.ru/mosc/

Dmitri Gorskine
Dmitri Gorskine
5 месяцев(-а) назад

Это было очень давно. Сейчас изучают даные по массе электронного нейтрино м<0,45 Эв/c2 Коллаборации KATRIN. https://www.katrin.kit.edu/130.php

Dmitri
Dmitri
4 месяцев(-а) назад

А если бы ученые работали с кристаллaми галлия? 
Если удалять примеси не из раствора галлия, а из кристаллов. 
В кристалле почти нет примесей.
Вырастить его можно. Температура плавления галлия 302,9146 К (29,7646 °C).Затем из кубиков выращенных кристаллов сложить 1 большой.
Тогда понадобилось бы меньше работ по удалению примесей из раствора галлия. 

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...