Проекты XXI века

Зачем Солнцу “Борексино”?

23 февраля 1987 года произошла вспышка сверхновой звезды SN1987A, о которой люди Земли узнали по необычайно большому количеству нейтринных событий, зарегистрированных в течение 10 секунд гигантскими детекторами “Хоумстейк” (Аймби) и детектором на Баксане. Обычно для этих установок частота регистрация – около одного события в сутки.

С тех пор возник большой интерес к нейтринной физике. И специалисты стали понимать, что необходимо регистрировать космические свойства пространства, в котором движется Земля, а на Земле необходимо иметь “нейтринную антенну”. С тех пор было создано несколько детекторов – “Камиоканде” в Японии, “Галлекс” в Италии и “Сейдж” в России. Все созданные до сих пор установки для регистрации нейтрино от Солнца фиксируют интегральный поток нейтрино, то есть общее число нейтринных событий, превышающих пороговую энергию, характерную для детектора. Результаты исследований этих детекторов противоречат друг другу, и это означает, что, используя данные любой из этих установок и стандартную модель Солнца, невозможно объяснить результаты, полученные на других детекторах. Таким образом, загадка солнечных нейтрино перерастает в парадокс несовместимости экспериментальных результатов и модели Солнца.

Ядерная природа энергетики Солнца, разработанная Бете с коллегами, в настоящее время надежно обоснована по многим данным регистрации спектра светимости и процессов на Солнце и не вызывает серьезных сомнений. Регистрация нейтрино, рождаемых в первичных ядерных процессах протонного синтеза, несет прямую информацию о ядерных реакциях на Солнце, в то время как свет, рождаемый вместе с нейтрино, тратит миллионы лет, прежде чем выйдет на поверхность Солнца и будет зарегистрирован на Земле. Возможно, что парадокс солнечных нейтрино может быть обусловлен физическими явлениями, сопровождающими процесс распространения этих частиц в пространстве.

Бруно Понтекорво был первым, кто предположил, что нейтрино может видоизменяться, и их надежная регистрация на Земле весьма затруднительна вследствие так называемого явления осцилляций нейтрино. К концу 80-х годов на многих международных конференциях обсуждался вопрос о необходимости иметь на Земле детектор солнечных нейтрино, регистрирующий весь спектр от Солнца. В физике известно, что для того, чтобы распознать природу явления, надо регистрировать детальный энергетический спектр излучения, в частности, спектр нейтрино от Солнца.

В это время профессор А.Зикикки (Италия) предложил построить подземную лабораторию в центральной части Апеннин, способную значительно подавить фон космических лучей, - национальную лабораторию Гран Сассо в 100 километрах на восток от Рима. Как написал А.Беттини в книге “Мираж становится реальностью”, обоснованность и целесообразность этого проекта были хорошо проработаны. Однако руководство Европейского центра ядерных исследований выступило против этой инициативы Италии, опасаясь, что Италия уменьшит свой вклад в программы ЦЕРН. Конец этой “атаки” был положен в интервью профессора Б.Понтекорво во время его первого визита в Италию в сентябре 1978 года. На вопрос журналиста: “Что вы думаете о проекте Гран Сассо, предложенном профессором Зикикки? Многие физики рассматривают его бесполезным, авантюрным, с малым научным содержанием”, - Бруно Понтекорво ответил: “Я сожалею, что не так молод, чтобы участвовать в этом замечательном проекте. Что же касается научной программы проекта, то для меня она чрезвычайно интересна”. Заявление Б.Понтекорво было сюрпризом для журналистов.

Каким образом можно регистрировать взаимодействия нейтрино с веществом, если принять во внимание, что для его поглощения необходима тысяча световых лет вещества? Для сравнения: диаметр нашей Солнечной системы составляет всего 0,001 светового года, то есть 10 миллиардов километров. Такой большой детектор, каким является “Борексино”, позволяет решать эти проблемы, имея очень малое сечение взаимодействия нейтрино с веществом, высокий поток нейтрино от Солнца и большой объем вещества детектора. Это позволяет регистрировать около 50 нейтринных событий в день. Чтобы выделить и индентифицировать эти события, необходимо достичь чрезвычайно низкой величины фона. Проблема снижения фона в подобных экспериментах сложна, особенно когда выделяемая энергия от нейтринного события мало чем отличается от естественной радиоактивности веществ и материалов. Вследствие этого выбор материалов, разработка методов очистки от радионуклидных примесей до рекордного уровня, защита чувствительной зоны детектора и качественное распознавание событий приобретают доминирующее значение для получения надежного и достоверного результата. Такой эксперимент требует высокой точности калибровки нейтринного сигнала, регистрируемого электроникой, а также высокого энергетического и пространственного разрешения детектора.

Подготовка и проведение эксперимента “Борексино” требует новых технологий получения материалов, их очистки от радиоактивных примесей и контроля качества чистоты. Для этих целей сотрудничеством созданы небольшие заводы по получению суперчистой воды, свободной от радиоактивности, по вакуумной дистилляции и экстракции примесей сцинтилляционной жидкости, которые позволили достичь рекордных степеней чистоты материалов от радионуклидов. Создаваемый детектор “Борексино” является высокотехнологичным прибором, способным обеспечить надежную регистрацию нейтринного сигнала и решить загадку излучения нейтрино от Солнца. Примечательно, что ученые Дубны вносят только свой интеллектуальный вклад, высоко оцениваемый сотрудничеством университетов Принстона, Массачусетса, Милана, Павии, Генуи, Мюнхена, Гейдельберга, Будапешта. Вот зачем нужен Солнцу и нам эксперимент “Борексино” в Лаборатории Гран Сассо в Италии.