В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]

На действующей модели видны все основные этапы извлечения атомов аргона (рис. 4): тетрахлорэтилен продувается гелием и из бака выходит смесь газов; в нее входят и единичные атомы аргона-37, образовавшиеся из хлора под действием нейтрино; для начала смесь газов охлаждают, тетрахлорэтилен конденсируется и возвращается обратно в бак; оставшиеся газы дополнительно очищаются, проходя через молекулярное сито; затем все инертные газы собирают в большую ловушку из активированного угля; сравнительно маленькие атомы гелия беспрепятственно проходят через ловушку и возвращаются обратно в бак. Это уже физика плюс экономика. После нескольких недель экспонирования, нескольких часов продувки систему на короткое время перекрывает заслонкой 3₁ и перегоняют смесь газов в малую ловушку, а ее переносят в другую установку; здесь хромотографическая колонка отделяет аргон от других инертных газов, а титановый фильтр окончательно очищает его; аргон-37 — элемент неустойчивый, он постепенно распадается, и каждый распад регистрируется сверхчувствительным счетчиком; чтобы исключить ложные срабатывания счетчика, его защищают массивными металлическими экранами и, кроме того, окружают сцинтилляционными счетчиками. Если они срабатывают одновременно с основным, значит, событие вызвано какой-то внешней помехой и импульс не засчитывается. Импульс засчитывается только в том случае, если при срабатывании основного счетчика остальные молчат. Это значит, что срабатывание вызвано не внешним, а внутренним событием — распадом аргона.

Даже в этом гигантском детекторе солнечные нейтрино будут создавать в неделю всего несколько атомов аргона-37. Чтобы собралось заметное количество этих атомов, хлор приходится экспонировать около месяца (чем меньше яркость объекта, тем большую выдержку устанавливает фотограф). Подсчет числа атомов тоже длится довольно долго — период полураспада аргона-37 почти 35 дней.

Во втором лабораторном зале будут еще два нейтринных телескопа (рис. 2, Б, В): один — с галлиево-германиевым детектором, а второй — с большим сцинтилляционным детектором, он позволит изучать вспышки сверхновых звезд по резким всплескам нейтринного излучения.

В галлиево-германиевом детекторе (его предложили и обосновали советские физики) в принципе происходит то же, что и в хлор-аргоновом: нейтрино превращает атом галлия-71 в атом германия-71 обычным своим приемом — превратив один из нейтронов атомного ядра в протон, т. е. увеличив на единицу положительный заряд ядра (рис. 6); германий-71 выделяют подобно тому, как раньше выделяли аргон; подсчитывают все атомы германия и узнают таким образом число пойманных нейтрино. Но вот что очень важно — порог «срабатывания» у галлия примерно 0,2 МэВ, т. е. значительно ниже, чем у хлора. И практически все виды солнечных нейтрино, в том числе и нейтрино от рр-реакции, могут быть зарегистрированы галлиево-германиевым детектором — лишь несколько человек в мире могут перепрыгнуть через двухметровый барьер, но перешагнуть через полуметровый барьерчик сумеет любой из нас. Очень может быть, что именно этот инструмент внесет ясность в нынешнюю, мягко говоря, запутанную картину солнечных циклов.

Эпилог.Каждый, кто когда-нибудь пытался отвернуть большой проржавевший болт перочинным ножичком, понял, наверное, что такое инструмент. Хороший, совершенный инструмент — это первая мечта и первая забота токаря, монтажника, хирурга. И конечно, ученого, исследователя — как часто он видит путь к великому открытию и только ждет инструмента, без которого невозможно продвинуться от драматичного «я так думаю» к спокойному «я это знаю».

Физики связывают немало надежд с созданием уникальных научных инструментов Баксанской нейтринной обсерватории. Вот лишь несколько строк из последних научных публикаций:

— новые нейтринные телескопы помогут понять важные детали процессов, которые происходят в центре Солнца, определить структуру его глубинных областей, получить точные данные о давлении и температуре;

— могут появиться новые данные для прогнозов солнечной активности;

— могут выясниться подробности эволюции звезд, такие, например, как образование массивного железного ядра, взрыв сверхновой или катастрофическое сжатие звезды в «черную дыру»;

— скорее всего только нейтринная астрономия поможет выяснить, осциллируют ли нейтрино: нейтрино от ускорителей слишком быстро попадают в детектор, заметные изменения свойств нейтрино за такое короткое время, возможно, и не успеют произойти;

— нейтринные телескопы, возможно, обнаружат некоторый остаточный нейтринный фон, нейтрино гигантских энергий, блуждающие в космосе миллиарды лет и хранящие сведения о далеком прошлом Вселенной — об эпохе формирования галактик и звезд.

И еще одна возможность, в последнее время о ней часто напоминают зловещие слова «энергетический кризис».