Российские учёные и специалисты активно участвуют в работе Национальной лаборатории Гран Сассо, объединяющей специалистов разных стран для проведения экспериментов в области физики элементарных частиц. О том, как будут развиваться исследования на основных установках - OPERA, LVD и Borexino рассказали сами участники проекта на очередных открытых слушаниях Минобрнауки России.
Российские ученые и специалисты принимают активное участие в работе коллаборации наряду со своими коллегами из Европы, США, Японии, Канады и других стран. Несмотря на то, что большинство стран-участниц проектов поддержали санкции против России, исследователи не почувствовали на себе этих сложностей. «Мы ничего такого не почувствовали», - сказал Евгений Литвинович, доктор физико-математических наук, начальник лаборатории НИИ Курчатовский институт.
«Время экспериментов на рабочем столе в физике закончилось, сегодня это огромные коллаборации, работающие на сложном оборудовании», - добавил он, уточнив, что в установках Гран Сассо, используются, в том числе, российские комплектующие, например, электронные модули.
Собрать и перебрать
На сегодняшний день главной интригой, в частности, проекта OPERA, является анализ данных - кто же обнаружит результат. И если сбор и расшифровка информации - это не только трудоёмкий, но и дорогостоящий процесс, то анализ требует скорее творческого подхода и способности предложить нестандартное решение.
«Эта деятельность, может, и не требует больших денег, но тут нужны большие интеллектуальные усилия, - уверен сотрудник НИИЯФ МГУ и участник проекта OPERAТимур Джатдоев.- Мы все являемся авторами полученных результатов. До сих пор Европа, в частности Италия, лидирует по числу квалифицированных аналитиков, но, например, идея, как повысить эффективность и точность расшифровки, была предложена нашей группой. Сейчас идея разрабатывается в Берне и у нас».
К работе по интерпретации данных российские участники коллаборации активно привлекают молодёжь. Так, по данным Евгения Литвиновича, только в проекте Borexino за последние 5 лет работало по различным направлением более 15 студентов из России.
Радон в почве - детектор землетрясений
Основная цель работ лаборатории - поиск и изучение различных типов нейтрино, которые благодаря своим свойствам - нейтральности и массе - могут почти в прямом смысле пролить свет на изучение тёмной материи.
В частности, российско-итальянская установка LargeVolumeDetector (LVD) была построена для проведения экспериментов по регистрации нейтринного излучения от сверхновых звёзд.
Но учёные обнаружили, что с её помощью можно изучать более «приземлённые» и актуальные для человека геофизические процессы и предсказывать землетрясения.
Ещё в сентябре 1997 году во время землетрясения в Центральной Италии (эпицентр находился в 300 километрах от лаборатории) было замечено повышение фонового темпа счёта детектора, вызванное увеличением концентрации радона под землёй. «Мы заметили, что был выброс радона, и этот фон не пропадал в течение нескольких дней», - сообщила Наталья Агафонова, научный сотрудник лаборатории Электронных методов детектирования нейтрино Института ядерных исследований РАН (ИЯИ) и член коллаборации LVD c 2005 года.
После аналогичного случая в 1999 году, когда выброс радона произошел в преддверии землетрясения в Турции, учёные целенаправленно стали исследовать это явление.
Увеличение концентрации радона, постоянно образующегося в грунте, происходит в подземных лабораториях за счёт деформации земной коры и предшествующих землетрясению микротолчков. Таким образом, информация о предстоящем землетрясении может содержаться в амплитуде и мощности техногенных радоновых пиков, отметили исследователи.
«За два дня до землетрясения всегда наблюдается пик (концентрации радона. - ред.). Мы можем сказать, что землетрясение будет и когда оно будет, но где - пока не удаётся определить, - подчеркнула заведующая отделом ИЯИ, член-корреспондент РАН Ольга Ряжская. - Радон есть везде, и его концентрация повышается везде, потому что мы (лаборатория Гран-Сассо. - ред.) находимся в осадочных породах, насыщенных водой, а газ радон легко растворяется в воде». Ряжская добавила, что на концентрацию радона влияют и другие факторы, связанные с деформацией почвы, например, прохождение тяжёлых фур по тоннелям в горном массиве. Но локализация источника «раздражения» - это задача будущего.
На красочном фоне
Главная же задача установок лаборатории - изучение различных видов частиц, способных подтвердить или ниспровергнуть основные теории устройства Вселенной. Для изучения таких частиц очень важно правильно их «идентифицировать», чему мешает постоянный фон, испускаемый как природными, так и антропогенными источниками.
По словам Ольги Ряжской, само место лаборатории внутри Альпийского горного массива, было выбрано именно из-за небольшого фона в этом районе. Дело в том, что горный массив (а над лабораторией находится около 1400 метров горных пород) в миллион раз ослабляет главный источник фона - поток мюонов, возникающий при взаимодействии космических лучей с земной атмосферой. Другой источник фона - нейтроны - тоже немногочисленны благодаря низкому содержанию урана и тория в этих горных породах.
Сотрудники другой установки, Borexino, тоже вынуждены считаться с фоном, но другой природы - антропогенной. Эта сверхчувствительная установка, предназначенная, прежде всего, для изучения низкоэнергетических солнечных нейтрино, «ловит» и другие типы этих частиц. Такими, например, являются геонейтрино, особые частицы, которые образуются в ходе ядерных реакций в недрах земли. Но их изучение осложняется фоном, который создают антинейтрино от ядерных реакторов, поэтому изучение влияния АЭС на фон тоже является актуальной задачей для получения надежных данных. По данным Евгения Литвиновича, за период с 2007 по 2012 год учтены данные поработ более чем 400 АЭС, предоставленные МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) и EDF (Электриситэ де Франс).
Таким образом, для надежных результатов требуется учет мельчайших и удаленных воздействий даже на глубине полутора километров. Наука спускается за «тишиной» все глубже и глубже: ведь еще 120 лет назад первый эксперимент знаменитых физиков Майкельсона и Морли в подвалах Потстдамской лаборатории завершился неудачей - вибрации даже в не слишком техногенном 19-м веке многого не позволяли. Где же потребуется проводить эксперименты через 100 лет после Гран-Сассо, можно только догадываться.
