«Поймать нейтрино за бороду, взять его крепче за шкирку!»

Знаете, где находится самое высокое сооружение России? Под водой — на глубине от 750 до 1300 метров в Южной котловине озера Байкал, в трёх с половиной километрах от берега.

В марте, когда байкальский лёд самый крепкий, я даже попытался посмотреть на эту конструкцию — но увидел только множество физиков, отмечавших на льду озера официальный ввод в строй давно работающего телескопа. Кроме радостных физиков, смотреть было особо не на что: поверхность Байкала в марте — это снежная пустыня с горами на горизонте, да и на них долго любоваться не получится: от ослепительного солнечного света, отражённого снегом, уже через пару минут начинают болеть глаза.

Сам Байкальский глубоководный нейтринный телескоп, как и обещает название, находится подо льдом, на километровой глубине, куда не проникает солнечный свет, — для этого его и прячут под воду. Физикам нужно избавиться от световых помех, чтобы детекторы телескопа смогли увидеть редкие голубые искры черенковского излучения, которые высекут из воды высокоэнергетические нейтрино, прилетевшие из неизведанных глубин космоса, рождённые во вспышках сверхновых или в окрестностях сверхгигантских чёрных дыр в центрах далёких галактик. Интересная для учёных «искра» появляется хорошо если раз в год, когда одно из таких высокоэнергетических нейтрино случайно врезается в ядро одного из атомов, составляющих молекулы воды.

Черенковское излучение — это эффект, который возникает, когда частица летит со скоростью света в вакууме, а сам свет распространяется чуть медленнее. Такое случается, например, в воде. В 1958 году за открытие и истолкование этого явления Павел Черенков, а также Игорь Тамм и Илья Франк получили Нобелевскую премию.

На льду располагается лагерь монтирующей телескоп экспедиции: иркутские физики, учёные из московского Института ядерных исследований и дубненского Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ). Они опускают в проруби стеклянные шары, собранные в гирлянды на тросах. Из этих гирлянд с глазами-детекторами, всматривающимися в толщу воды, и состоит телескоп.

Физики приезжают сюда каждый год в середине февраля — только к этому времени Байкал покрывается льдом метровой толщины, способным выдержать монтажное оборудование, — а уезжают до середины апреля, когда лёд начинает таять. Ветераны экспедиции отработали уже больше 30 сезонов, ведь проект глубоководного телескопа начали реализовывать ещё в 1980 году.

Рекордсменом по участию в ледовых экспедициях стал директор обсерватории TAIGA профессор Иркутского государственного университета Николай Буднев: он не пропустил ни одного сезона из сорока.

В те далёкие времена даже Высоцкий, часто заезжавший с концертами в ОИЯИ, где его очень любили, пел:

Пусть не поймаешь нейтрино за бороду
И не посадишь в пробирку,
Но было бы здорово, чтоб Понтекорво
Взял его крепче за шкирку.

Во времена, когда лирики воспевали физику, эти строки были понятны без пояснений, спустя полвека лучше пояснить. Нейтрино — частица, лишённая заряда и почти лишённая массы. Из-за этого её почти невозможно задержать или заставить изменить направление. Как следствие, нейтрино путешествуют по Вселенной, беспрепятственно проходя сквозь звёзды, планеты и наши тела. Чтобы избавиться от помех, нейтринные телескопы размещают глубоко под водой, или подо льдом Антарктиды, или под горами.

Бруно Понтекорво — знаменитый итальянский физик, первым придумавший, как поймать нейтрино, а потом сбежавший в Советский Союз строить коммунизм.

С коммунизмом пока не получается, а вот крупнейший в Северном полушарии нейтринный телескоп построили. 1980-е годы ушли на расчёты, 1990-е — на монтаж первого глубоководного нейтринного телескопа в мире — НТ-200. По своей конструкции он уже очень похож на нынешний: те же тросы, закреплённые на дне озера, на которых висят шары-фотоэлементы. Потом его усовершенствовали, а в 2013 году решили строить нынешний телескоп — большой международной коллаборацией.

— Не пойму: что мы всё-таки празднуем, если телескоп давно работает? — спросил я наконец, набравшись смелости, у Григория Трубникова, директора ОИЯИ.

— Да, эксперименты начались здесь давно, в 1996 году. Но в то время телескоп занимал 200 кубических метров — объём одной комнаты. Понятно, что производительность такого телескопа — 1 высокоэнергетическое нейтрино в 10 лет. Так статистики не набрать и закономерности не увидеть.

В 2013-м телескоп начал быстро расти, каждый год мы добавляли по двести с небольшим оптических модулей, иногда и больше. И вот мы перешагнули рубеж — теперь у нас самый большой нейтринный телескоп в Северном полушарии. Качество улучшилось просто фантастически. Словно вы участвуете в гонках и тут появляется двигатель, который позволяет увеличить скорость сразу на 50 км/ч и обогнать всех!

Фото: BAIKAL-GVD.

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» № 1 (50) 2022 г.