НЕЙТРИНО — "БУРАТИНО" МИКРОМИРА

Само слово нейтрино, что в переводе с итальянского — "нейтрончик", звучит уменьшительно-ласково и вызывает несерьезные ассоциации с "Буратино".

Деревянный мальчишка был таким легким, что не смог утонуть в болоте, а масса нейтрино гораздо меньше, чем у других частиц. Буратино, как известно, с ловкостью проходил все преграды, а нейтрино столь слабо взаимодействуют с веществом, что свободно пролетают сквозь Земной шар. И, наконец, если сказочный герой сначала появляется в виде полена, а потом становится человечком, то и нейтрино способно претерпевать удивительные метаморфозы. Например, мюонное нейтрино может в полете, само по себе, без всякого внешнего воздействия превратиться в другую частицу — тау-нейтрино.

У физиков долго не было ответа на вопрос есть ли у нейтрино масса — традиционными способами ее измерить не удавалось. Сейчас почти нет сомнений, что масса нейтрино все-таки отлична от нуля. Ученые надеются, что исследование таинственных превращений поможет раскрыть многие свойства этой фундаментальной частички, которая имеет непосредственное отношение и к другим космическим процессам — развитию нашей вселенной, существованию "темного вещества".

Попытки поймать и исследовать загадочного "Буратино микромира" предпринимались и предпринимаются сейчас в различных международных экспериментах. Среди них — европейский проект OPERA. Интересно, что знаком проекта является именно изображение оперного зала.

СПЕКТАКЛЬ НА ГЛУБИНЕ ПОЛТОРА КИЛОМЕТРА

— Александр Григорьевич, как именно будет проводиться эксперимент? — спрашиваю у директора Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ в Дубно, доктора физико-математических наук Ольшевского.

— В ЦЕРНе с помощью пучка протонов в протонном ускорителе будет сформирован направленный пучок нейтрино. Практически со скоростью света он мгновенно пролетит под землей 730 километров до Лаборатории Гран Сассо, пройдет сквозь детекторы и полетит дальше. Основная задача ученых — зарегистрировать детекторами момент рождения тау-лептона. Эта частица может образоваться только от тау-нейтрино, которых — в том-то и фокус — изначально в пучке из ЦЕРНа не содержалось. Сам факт появления тау-нейтрино уже будет означать, что за доли секунды пути произошла осцилляция частицы. Чтобы исключить влияние космических лучей и соблюсти чистоту эксперимента, Лабораторию расположили на полуторакилометровой глубине — под горой, в боковых залах автомобильного туннеля на дороге Рим-Терамо.

— Что представляют собой сами детекторы?

— Стенки детектора складываются из "кирпичей", которые состоят из многих слоев фотоэмульсий и свинца. Между "кирпичами" закладывается так называемая система целеуказания из разных детекторов-сцинтилляторов. Под действием излучения возникают световые вспышки, так называемые сцинтилляции. Автоматика регистрирует факт такой вспышки, оценивает, в каком именно из "кирпичей" произошло взаимодействие и его из стенки вынимают. Затем проявляют все слои фотоэмульсии, просматривают их и только после этого делают окончательный вывод о наблюдавшемся событии.

Всего в эксперименте задействовано 62 стенки из 206336 кирпичей, в каждом из которых — 57 слоев фотоэмульсии. Просмотр одного "кирпича" будет занимать десятки часов. А вообще экспериментальная установка — это огромное и сложное сооружение размерами примерно 10x10x100 метров. Для ловли нейтрино нужна большая и густая сеть.

— Что конкретно в этом эксперименте делают украинские и российские ученые?

— Совместно с харьковскими коллегами мы делаем расчеты и моделирование установки, изготавливаем регистрирующие элементы системы целеуказания, собираем модули системы, проверяем и устанавливаем их в Гран Сассо. Для эксперимента потребовалась новая технология изготовления пластмассовых сцинтилляторов, которая была разработана на Украине в кратчайшие сроки. Общеевропейский конкурс показал несомненное преимущество харьковчан, в результате чего Институт сцинтилляционных материалов и получил этот серьезный европейский заказ.

Эти детекторы — только часть проекта OPERA, который является коллективным творчеством ученых многих стран Европы. Но не первый и далеко не последний проект для охоты за нейтрино. Впереди у физиков — поиск нейтрино от сверхновых звезд, изучение атмосферных нейтринных аномалий, исследование антинейтрино... Есть еще одна задача — обнаружить космическое нейтринное реликтовое излучение, которое несет информацию о вселенной спустя всего 1 секунду после начала ее расширения. Для этого нужны новые и новые эксперименты.

ЕГО СИЯТЕЛЬСТВО СЦИНТИЛЛЯТОР

Первый сцинтиллятор — кристаллы йодистого натрия с таллием — был получен в 1941 году случайно. Но, как это нередко бывает в науке, случайность повлекла за собой становление целого научного направления, которое потребовало создания сцинтилляторов разных типов и видов.

Эти материалы используются сейчас везде, где есть необходимость в высокоэффективных, точных и быстродействующих детекторах излучения, откуда бы оно не исходило — из естественного или искусственного материала, из тела человека или глубин космоса. Сейчас на мировую авансцену вышла пластмасса, изделия из которой можно сделать большими, прозрачными и, что очень важно, более дешевыми. Годовой объем американского рынка на эти изделия оценивается около $8 млн , а европейского — 5 миллионов.

— В современных научных экспериментальных установках нередко используются детекторы, содержащие несколько десятков тонн пластмассовых сцинтилляторов в виде листов, полос, пластин, блоков, — говорит директор Института сцинтилляционных материалов, член-корреспондент НАН Украины Борис Гринев. — Только для проекта OPERA мы должны поставить 33 тысячи семиметровых полос весом около 70 тонн. Чтобы выполнить этот заказ, институт изготовил самую крупную печь в мире для подготовки сырья и разработал новую технологию изготовления сцинтилляторов.

Сейчас харьковчане владеют наибольшим в Европе производством сцинтилляторов на базе полистирола. Созданные мощности могут полностью удовлетворить потребности Украины, а также предложить для реализации на мировом рынке продукцию любой формы размерами от 1 миллиметра до 7 метров. Институт экспортирует приборы в США, Францию, Голландию, Китай, Японию, Россию и другие страны.

Эта работа наших ученых представлена на соискание Госпремии Украины в области науки и техники за 2005 год.


ПРЯ-ЗДРЯ-ВЛЯЕМ!
В Москве закончился конкурс научно-популярных статей, третье место в котором заняла украинская журналистка и наш автор Валентина ГАТАШ.
А писала она о том, что харьковские ученые из Института сцинтилляционных материалов НАН Украины и их российские коллеги из Объединенного Института ядерных исследований в Дубно стали участниками одного из самых крупномасштабных международных экспериментов в области физики. Это проект OPERA, в соответствии с которым нейтрино, полученные с помощью протонного ускорителя Европейского Центра Ядерных Исследований (ЦЕРН) в Женеве, будут регистрироваться экспериментальной установкой в Лаборатории Гран Сассо в Италии. В Страсбурге проведены успешные испытания одного из базовых элементов этого детектора, в основе которого — сцинтилляторы, разработанные и произведенные специалистами Харькова. Впрочем вы и сами можете обо всем прочитать. А мы поздравляем коллегу и желаем ей и в дальнейшем легкого перышка. А говоря языком современных физиков — легче нейтрино, но с его пробивной способностью.