Нейтрино – нейтральные частицы, двигающиеся со скоростью света. Исследовать их чрезвычайно сложно, поскольку они почти не взаимодействуют с веществом и беспрепятственно проникают везде. Они приносят информацию из глубин космоса, их рождает Солнце, а на Земле – атомные реакторы.
Сотрудники Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ, занимающиеся исследованиями в этой области, участвуют в крупных европейских экспериментах. У них есть хорошая возможность изучения реакторных нейтрино совсем под боком – на Калининской АЭС. Там оборудовано технологическое помещение в достаточной близости от реактора, так что поток нейтрино составляет 2,7х1013 частиц на квадратный сантиметр в секунду.
Проведенные на Калининской АЭС исследования были высоко оценены Научным советом РАН по нейтринной физике и нейтринной астрофизике, который считает, что
«современная нейтринная лаборатория на КАЭС представляет уникальную возможность для России стать мировым лидером в фундаментальных исследованиях по реакторным антинейтрино и прикладным исследованиям для целей ядерной энергетики и безопасности ядерных реакторов».
Специалисты ЛЯП участвуют в международном астрофизическом эксперименте на Байкале – исследованиях на глубоководном нейтринном телескопе. Нейтринная астрофизика занимается изучением устройства Вселенной, с одной стороны, и получением данных в области физики элементарных частиц, с другой, – такое вот совмещение макро и микро уровней исследований.
Аналогичные эксперименты ведутся в подземных лабораториях в Европе и Японии, на которых, а не на ускорителях и реакторах, были открыты важнейшие свойства нейтрино. Задачи нейтринной астрономии высоких энергий сводятся, в основном, к поиску точечных источников излучения. Это могут быть двойные звездные системы, содержащие нейтронную звезду или черную дыру, сверхновые звезды, некоторые другие объекты во Вселенной. Достигая Земли, мюонные нейтрино и антинейтрино в воде на большой глубине создают поток мюонов, которые при больших энергиях сохраняют направление генерирующих их нейтрино.
Глубоководный нейтринный телескоп представляет собой пространственную решетку из фотоумножителей, регистрирующих порождаемое мюонами излучение. Ничего общего с обычным телескопом он не имеет.
Зачем нужен большой рабочий объем глубоководного телескопа? Чем больше детектор, тем более редкие процессы можно наблюдать. Американские физики пытались реализовать эту идею в Тихом океане в районе Гавайских островов в 1975 году. Гораздо удобнее использовать для этих целей Байкал – в его пресной воде мало микроорганизмов, намного меньше, чем в морской, радиоактивного калия-45, достаточная глубина и прочный лед зимой, на котором гораздо проще, чем на специальных кораблях в океане, можно разместить физическую аппаратуру.
Байкальский телескоп уже входит в число крупнейших в мире детекторов нейтрино высоких энергий, но возможности озера и квалификация специалистов коллаборации позволяют подойти к созданию детектора следующего поколения, кубокилометрового объема.
Создание телескопа НТ-1000 планируется в течение этого десятилетия. Аналогичный по типу детектор чуть меньшего объема 0,9 кубического километра Ice Cube заработал в 2011 году в Антарктиде. Его детекторы расположены в толще антарктического льда.
В ближайшем будущем нейтринные телескопы в России, Европе и на Южном полюсе начнут действовать скоординировано, образовав глобальную нейтринную обсерваторию.
Эти исследования уже закрыли определенную область в задаче поиска темной материи, которую весь мир ищет на куче различных установок – наземных, подземных и прочих, сократив возможную область поиска.
Совсем другие задачи у нейтронного активационного анализа – разновидности ядерно-физических исследований. С его помощью можно, например, определить загрязнение атмосферы и почвы тяжелыми металлами и радионуклидами.
Уже 50 лет такие исследования ведутся на реакторах ИБР и ИБР-2 в Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ. Важный элемент этой методики – мхи и лишайники, собирающие загрязнения из воздуха, природные биомониторы.
Результатом многолетней работы сектора нейтронного активационного анализа ЛНФ стали карты загрязнений Челябинской, Ленинградской, Ярославской, Московской областей, атлас загрязнений целого ряда стран Европы. В последние годы в совместных проектах участвуют Египет и ЮАР.
Нейтронно-активационный анализ – отличный инструмент для исследований в медицинской области, в сфере экологической безопасности России. Это исследование экологической зависимости заболеваний вообще, причин нервно-психических заболеваний у детей, исследования крови на содержание токсикантов – кадмия, свинца, цинка, меди и другие.
Такие исследования в ЛНФ проводятся, в том числе, в рамках различных европейских проектов. Например, МАГАТЭ поддерживает различные проекты, связанные со здоровьем населения.
Самое последнее применение этого метода – изучение космической пыли, которую можно найти в отложениях сибирских торфяников и… на образцах метеоритов. Не отыщутся ли там следы внеземной жизни или еще какие-то послания из глубин космоса, покажет время.