В юбилейный год мы продолжаем цикл публикаций об истории подразделений университета – сегодня рассказ о НЕВОДе, уникальном научно-образовательном центре, где «ловят» мюоны. С главным «ловцом» и создателем НЕВОДа Анатолием Афанасьевичем Петрухиным пресс-служба НИЯУ МИФИ побеседовала о его пути в науку и об истории установки, в которой за 60 лет существования переплелись реализм и фантастика, драма и комедия, поэма и детектив. Читайте большое интервью с ученым – и узнаете, почему лет через десять нейтринная астрофизика сверхвысоких энергий станет мощным инструментом для изучения Вселенной.
А.А. Петрухин в недрах НЕВОДа
Сверх утвержденных лимитов
– Начнем ab ovo, с момента вашего появления в МИФИ – почему выбор пал именно наш вуз?
– Ну, это история для отдельного романа, сожмем ее до короткого рассказа. С детства я увлекался всякими техническими поделками, был радиолюбителем, паял приемники. В школе меня учитель физики просто взял к себе лаборантом – я показывал опыты ребятам, чинил приборы, которые они ломали. И очень любил математику. Мне не сильно везло с учителями по физике, но очень повезло с учителями по математике, начиная с 5 класса, где этот предмет нам преподавал великолепный учитель Василий Ионович – фронтовик, без одной руки, но оставшейся рукой он очень быстро наводил порядок, если мы начинали шалить. Все школьные математики были еще и очень хорошими людьми, что, конечно, способствовало любви к этой науке – по этому предмету у меня были исключительно пятерки.
Я не знал куда поступать: что такое техника я понимал, что такое формула – тоже, а что такое физика, как таковая – нет, хотя по физике у меня тоже были пятерки. Мой одноклассник решил поступать в МИФИ, и мы договорились поступать вместе.
МИФИ в конце 1950-х гг. Здание на ул. Кирова, 21 (ныне Мясницкая ул.)
И вдруг накануне экзаменов он передумал, и поступил в военно-морское училище… А я, как человек, склонный к авантюрам, решил тогда пойти в разведчики и поступил в Институт международных отношений (ныне МГИМО). Проучившись год, я понял, что попал не туда – публика там была для меня непривычная, я вырос в рабоче-крестьянской семье и таком же районе – в Измайлово. И тут на мое счастье вышло постановление правительства: объединить ИМО и Институт востоковедения в один институт, а излишек студентов перевести в любой гуманитарный вуз без экзаменов, а кто захочет в технический – то с соответствующей проверкой знаний. Послали меня из деканата в министерство, и там я получил в адрес директора МИФИ Клавдии Васильевны Шалимовой документ, в котором начальник Главного управления вузами написал: «Прошу принять на 1 курс т. Петрухина сверх утвержденных лимитов». Поехал я на улицу Кирова, дом 21 , где тогда находился наш МИФИ. Шалимова сильно удивилась такой бумаге, и даже звонила в Министерство. Там ей все разъяснили, и она отправила меня на собеседование по математике.
Преподаватель математики Дмитрий Федорович Калиниченко (тоже фронтовик, тоже без руки) спросил меня: «Чему равен косинус, если синус равен 1/5?» Я говорю: «Два корня из шести, деленые на пять». «Сколько-сколько?» – спрашивает. Если бы я ему сказал «корень квадратный из 24, деленых на 25» – это было бы нормально. Но я извлек корень и оттуда, и оттуда – мгновенно. Затем он попросил меня нарисовать график по логарифмическому тождеству. Я сходу нарисовал прямую линию, но слишком размашисто. «А логарифм отрицательного числа существует?» Я говорю «извините», и зачеркиваю низ этой линии. Преподаватель: «Я даже не знаю, что вас еще спрашивать». Его удивило даже не то, что я отвечал правильно, а скорость ответов. Он же не знал, что я два года помогал своим товарищам по школе готовиться и сдавать экзамены по физике и математике в различные вузы, так что эти предметы я знал очень хорошо, хотя учился в гуманитарном институте.
Случайность?
– После окончания МИФИ со специальностью инженера-физика вы чем хотели дальше заниматься?
– Я не знал, что дальше делать. Во время моего обучения структура института несколько раз менялась, и, приходя 1 сентября, мы узнавали, что наша группа на другом факультете. Диплом делал по закрытой тематике, решая конкретную задачу. Как-то в метро случайно столкнулся с одной сотрудницей деканата, которая мне сказала, что недавно назначенный ректор – Виктор Григорьевич Кириллов-Угрюмов – собирается организовывать новые лаборатории, нужны люди… Вы читали книжку «Материализм и эмпириокритицизм»? Там к одной главе есть эпиграф: «Электрон также неисчерпаем, как и атом». И кто-то мне тогда рассказал, что есть такая частица мюон, которая в 207 раз более неисчерпаема, чем электрон. Это запало мне в душу и с тех пор я занимаюсь мюонами.
– Как неисчерпаемость можно измерить в разах?
– Просто у мюона масса в 207 раз больше, чем у электрона. Первая моя работа – мюонный годоскоп, прибор, регистрирующий треки мюонов. Когда частица проходила через него, последовательно загоралось несколько лампочек – вертикально или по той или иной линии – по треку мюона. Годоскоп был изготовлен по заказу Госкомитета по атомной энергии – нам выделили 150 000 рублей на его создание. Он был сделан в 1961 году и размещен на ВДНХ в павильоне «Атомная энергия», где посетители могли видеть, как регистрируются космические частицы.
Но для научных исследований требовались мюоны более высоких энергий, для чего нужно было построить крупную установку в подземном помещении. Нам нашли штольню в метро, рядом с действующей зеленой веткой, но шум и наводки от проходящих поездов были очень большими, и мы решили задачу по-другому. Космические частицы в основном летят сверху, а сбоку – чем больше зенитный угол, тем меньше их прилетает. Но это справедливо для малых энергий, при больших же энергиях чем больше угол, тем больше поток частиц. А при совсем высоких энергиях по горизонтали летит в 10 раз больше частиц, чем сверху, причем это чистый поток мюонов. И было решено – использовать этот поток, тогда не нужно подземное помещение, просто установка ставится вертикально.
На улице Кирова был большой зал с высоким потолком, в котором размещались оборудование кафедры сопромата. Кафедра должна была переехать на Каширскую (тогда уже здесь строились новые корпуса), а мы должны были переехать в этот зал. 15 октября 1962 года последнее оборудование и приборы кафедры сопромата были увезены, и мы стали хозяевами этого помещения. Поэтому мы считаем 15 октября днем рождения нашей Мюонной лаборатории.
Анатолий Афанасьевич Петрухин, 1970 г.
– Как вы его отметили тогда?
– Бодро и весело перетаскивали оборудование, которое у нас имелось. Нас тогда было человек семь в лаборатории. Надо было сделать фундамент – 100 тонн железа все-таки должно было быть уложено в новую установку. На заводе «Квант», который тогда назывался «Экспериментально-производственные мастерские», сварили решетку, мы сколотили опалубку из досок. Но нужно две машины бетона, и быстро. Тогда по улице Кирова еще ездили грузовики. Выходишь с бутылкой в вытянутой реке – мгновенно тормозит бетоновоз: «Спирт?» – «Спирт». – «Куда разгружать?» Две машины быстро нашлись и разгрузили нам бетон. Но слух-то уже прошел, тут же еще три машины подкатили с бетоном… Залили мы опалубку, все высохло и мы стали собирать ферму, внутри которой должны были выкладывать наши трехметровые волноводы – ионизационные камеры, один слой горизонтально, второй вертикально, и так шесть слоев. Волновод – это труба прямоугольного сечения 110 на 55 мм2, наполненная аргоном, на центральную нить подавалось высокое напряжение, и, когда частица проходила через аргон, возникал сигнал. Камеры приготовили, все проверили, «железо» привезли и на 1 декабря 1962 года было намечено начать сборку установки: решили собирать в день по три тонны и к новому году рассчитывали все закончить. 1 декабря я приезжаю на работу…
Переезжать нельзя остаться
– Чувствуется зачин драмы или детектива…
– Да, пришло подписанное Н.С. Хрущевым постановление Правительства: МИФИ освободить помещение на улице Кирова в пятидневный срок. МИФИ, конечно, должен был переезжать на Каширское шоссе, но в течение года или двух, там еще всё строилось только. Как же так получилось? А произошло важное политическое событие – был организован Комитет партийно-государственного контроля СССР, и его надо было где-то разместить. На улице Куйбышева, ведущей к Кремлю (ныне Ильинка – ред.), выселили какое-то не шибко важное министерство, а здание отдали под этот КПГК, но министерство тоже куда-то надо было перевести – на место Управления приборостроения Московского совнархоза (были тогда такие организации вместо министерств), а их… в наше здание на улице Кирова, учитывая, что МИФИ было куда переезжать! Ребята на меня смотрят – «что будем делать?»… Мы же день и ночь работали до этого – на пустом месте надо было все создать.
Выпуск стенгазеты Мюонной лаборатории времен ее жизни ул. Кирова.
– Где-нибудь еще подобное было тогда?
– Одновременно с нами ФИАН начал создавать такую же установку на Тянь-Шане, в подземной лаборатории. Но мы их опередили года на два, сделали все быстрее. Камеры нам изготовил завод «Физприбор», который находился около метро «Бауманская» – это важная деталь: поскольку я из Измайлово на работу ездил через «Бауманскую», то практически каждый день заходил на завод и контролировал процесс изготовления. У меня был даже постоянный пропуск. Волноводы делали в Кольчугино, но их поставки были распланированы на год вперед. Сейчас это трудно понять, но тогда проблема была не в деньгах, а в фондах. По распоряжению из министерства нам дали наряд «Непредвиденные расходы» с красной полосой по диагонали (что означало «в первую очередь»), в котором было написано: «Для проведения космических исследований». Это был 1960-й год, еще до Гагарина, недавно только спутник запустили... На заводе начальница цеха нам говорит: «Не могу, у меня план горит!» А директор ей: «Слушай, прикажут – сама в космос полетишь!» Вот такие были времена, за год они нам все сделали. Правда, некоторые волноводы, были немного искривленные, и нам их приходилось выпрямлять. Они были из тампака, меди с добавками – красноватого цвета, это тоже важная деталь, которая сыграла свою роль в дальнейшем.
– Наступило 1 декабря. Надо разбирать, а вы собираете.
– Я говорю своим ребятам: «Мы будем собирать». Они отвечают: «Но разбирать мы не будем». Я им в ответ: «Я тоже не буду». На третий день звонят по внутреннему телефону и говорят, что сейчас придет проректор по научной работе и заместитель Председателя Совета министров. Приходят. Показал им все, рассказал, что это для исследования космических частиц высоких энергий. Вряд ли он что-нибудь понял, но слово энергия ему было знакомо. И он спросил: «А что это красное? Это что – стержни?» Я понял, что ничего другого говорить нельзя: «Да!» Он говорит: «Понятно». На меня не смотрят, общаются между собой. Зампред обращается к проректору с вопросом: «Они ее разбирают?» Проректор ко мне: «Они ее разбирают?» Я: «Они ее собирают». Проректор – зампреду: «Они ее собирают». Тут до обоих доходит весь смысл ситуации. Оба поворачиваются и впервые смотрят на меня. Я повторяю: «Да, они ее собирают». Такого изумления на лицах я никогда в жизни больше не видел: приказ подписан самим Хрущевым, а «они ее собирают». Они ничего не сказали и ушли.
На четвертый день собирается совещание в кабинете ректора. Так как в приказе было написано освободить пять тысяч с чем-то кв. метров, решили формально – освободить именно столько. А на тех метрах, что не вошли в приказ, мы остаемся. Но теперь восстали те, кто должен был въезжать: «Их нельзя оставить! Как они в своих радиоактивных халатах будут через наш буфет ходить?!» Действительно, в то время вход на кафедру сопромата был через буфет. Хорошо, мы будем ходить через улицу, там есть отдельный вход. Они не унимаются: «У них там даже нет туалета!» И великий наш ректор Виктор Григорьевич Кириллов-Угрюмов слету отвечает: «Ничего страшного, там одни мужики работают, они сообразят, как проблему решить, есть раковина!» Все просто «грохнули», нервная обстановка хоть как-то разрядилась и зампред Совмина сказал: «Хорошо, пусть остаются», и в полдвенадцатого ночи, наконец, разошлись.
Естественно, за пять дней демонтировать и перевезти все, что находилось в здании, было невозможно. Все просили зампреда Совета министров – продлить срок на 10-15 дней, но приказ – есть приказ и на пятый день прибыло несколько автобусов с солдатами во главе с майором, который им скомандовал: «Поротно рассредоточиться по этажам, очистить помещение. На улицу Кирова вещи не выкидывать, только во внутренний двор». И они побежали выполнять. В нашем здании, которое выходило во Фролов переулок, еще со времен Института боеприпасов сохранились, например, установки для точного литья снарядов – всё повыкидывали… Занятия можно было проводить в главном корпусе, на Каширской, он уже был готов, но для многих кафедр еще не было помещений, им просто некуда было переезжать, и, узнав, что мы остаемся, сотрудники начали приносить ценное оборудование к нам, что-то забирали домой на хранение – у некоторых по году дома всё лежало.
– А вашу лабораторию не тронули?
– Мы забаррикадировались и никого не пускали. Солдаты выкинули все оборудование, кроме того, что было в нашем помещении, и примерно в 11 вечера уехали. Так мы отстояли свой «дом». И продолжили собирать установку.
Коллектив Мюонной лаборатории – «мюонные островитяне» в 1976 году, слева направо: сидят – Татьяна Черняева, Валентина Вовк, Анатолий Петрухин, Ольга Пахолкова, Татьяна Кирина, стоят – Рифкат Ибрагимов (студент), Валентин Мартынов, Валентин Ивашов (студент), Валерий Поделис, Игорь Астахов, Ростислав Кокоулин, Вячеслав Ашитков, Тенгиз Мосидзе (студент), Александр Климаков, Владимир Юматов, Владислав Шестаков
Тем временем в мире…
– Это стало, так сказать, боевым крещением лаборатории, стратегическую цель которой можно было бы обозначить как…?
– Решение проблемы мюона. Мюон очень похож на электрон, его часто называли «тяжелый электрон». Он ничем не отличается от электрона, кроме массы. В остальном он ведет себя точно так же, он – тоже элементарная частица, хотя распадается на электрон, нейтрино и антинейтрино. Очень много сил было положено на то, чтобы попытаться найти какие-то особенности в его поведении – тогда это была главная задача. И мы решили, что если при низких энергиях ничего не видно, то нужно при более высоких энергиях посмотреть. Вот мы и стали этим заниматься: регистрировать не только сами мюоны, но и результат их взаимодействия, при котором образуется очень много частиц, так называемый «ливень». Он и устроен, как обычный ливень: в начале тихонько, у вас мало частиц, потом они размножаются, размножаются, и наконец ливень затухает. Наш многорядный калориметр мог эту каскадную кривую измерить и оценить энергию.
В это время в США, на установке примерно такого же масштаба, обнаружили, что мюонов высоких энергий (выше 1012 эВ) больше, чем можно было бы объяснить согласно существующим представлениям о космических лучах. Из космоса к нам прилетает первичное космическое излучение, и при взаимодействии с атмосферой его частицы образует вторичные частицы. Атмосфера не пропускает многие частицы, они теряют энергию и до нас лишь «брызги» доходят, только мюоны слабо взаимодействуют, а остальные частицы поглощаются в атмосфере.
Итак, мюоны высоких энергий. Если их больше, а первичное космическое излучение не изменилось, значит, какое-то новое взаимодействие должно появиться. Но мы не видим, что делается в верхних слоях атмосферы, мы видим только результаты – пришло почему-то больше частиц… Этот результат обсуждался на многих конференциях, высказывались идеи о новом взаимодействии, в результате которого появляются дополнительные мюоны. Но в нашем эксперименте ничего подобного не было. Наша лаборатория была первой, которая показала, что в этой области энергий ничего нового нет. А потом уже американцы нашли у себя ошибку, и это подтвердило наши выводы.
– Как тогда строилось взаимодействие с зарубежными коллегами?
– Так как институт был закрытый, то в основном общались на международных конференциях по космическим лучам, на которые я стал ездить с 1969 года. Первая из них была в Будапеште, туда поехала большая делегация из СССР, там я познакомился с разными учеными и в дальнейшем мы уже старались поддерживать связь. Вообще, конференции проводились в тех странах, где занимались космическими лучами. Например, в 1971 году конференция проводилась в Австралии, потому что там тогда была самая крупная в мире установка по исследованию широких атмосферных ливней, и там же наблюдали первый в мире трек от кварка. Но потом оказалось, что это ошибка в эксперименте.
Из стенгазеты Мюонной лаборатории – отчет А.А. Петрухина о поездке в Австралию на XII Международную конференцию по космическим лучам в 1971 г.
Международные конференции проводились раз в два года, как и всесоюзные тоже, только со смещением на год. Потом появился еще Европейский симпозиум по космическому излучению – на нем мы делали доклад о вероятности образования пар мюонов. Проходили конференции в Денвере в 1973 году, в Мюнхене в 1975 году, в Болгарии в 1977 году – эта страна участвовала в работе космических станций в Армении и Грузии. В СССР такие станции были еще в Казахстане, Узбекистане и Таджикистане. Сейчас в Грузии все брошено, в Армении осталась только лаборатория, которая занимается прикладными исследованиями, там строили большую установку, все это рухнуло с концом Союза, но какая-то жизнь там теплится. В Таджикистане пытаются реанимировать эксперимент «Памир», но пока не очень получается – это был совместный эксперимент с Японией и Боливией.
– Ваши выступления на этих конференциях как-то меняли научные векторы в мировом масштабе?
– Да, у нас были результаты не только экспериментальные, но и теоретического характера, например, мы занимались сечениями (вероятностью) взаимодействия мюонов и получили соответствующие формулы, которыми все до сих пор пользуются. Есть разные процессы взаимодействия, и фактически мы с коллегами смогли получить формулы для всех процессов. В 1965 году мы впервые для мюонов высоких энергий (выше 1012 эВ) измерили энергетический спектр мюонов под большими зенитными углами и в 1970-м – сечение неупругого взаимодействия мюонов.
Мюоны и нейтрино
– Отчего зависит, какая из частиц долетит до Земли?
– От их энергии и типа. Частицы небольших энергий на Землю проникнуть не могут, потому что они отклоняются магнитным полем планеты – оно занимает гигантский объем, и, находясь в этом поле, частица отклоняется и может пролететь мимо. Чем меньше энергия частицы, тем сильнее она закручивается. С увеличением энергии, начиная с некоторых величин, частица просто проходит прямо и врезается в атмосферу, где начинается взаимодействие и поглощение. Мюоны слабо взаимодействуют и не сильно поглощаются, а вот нейтрино практически вообще не взаимодействуют, могут пролететь и сквозь Землю.
– Как возникло такое элегантное название – нейтрино?
– В начале прошлого века было обнаружено, что при некоторых радиоактивных распадах не выполняется закон сохранения энергии. В начале тридцатых годов швейцарский физик Вольфганг Паули предположил, что недостающую энергию уносит неизвестная нейтральная частица, обладающая высокой проникающей способностью, и назвал ее «маленький нейтрончик». Когда Паули докладывал об этом на конференции, присутствовавший там Энрико Ферми предложил называть его нейтрино: по аналогии с синьор – синьорина, он же был итальянец.
– Как вы от мюонов перешли к нейтрино и каковы цели их исследования?
– В 1960-е годы многие активно занимались загадкой мюонов. Когда была предложена модель кварков и появилась таблица кварков и лептонов, тогда стало ясно, что мюон – это первая частица из второго поколения элементарных частиц, это было в 70-х годах. Интерес к мюону постепенно сник, а научная мысль пошла к нейтрино. Оно интересно с даже практической точки зрения: по потоку нейтрино, например, можно точно оценивать физическую мощность реактора, что важно, скажем, для оценки работы АЭС: можно понять, сколько у вас ядер урана распалось и сколько ядер плутония образовалось: если поставить нейтринный детектор – его не обманешь. Можно решить проблему Солнца – откуда там такая колоссальная энергия берется, что там горит – водород, гелий?.. Затем – нейтринная связь, единственный вид связи, которую принципиально нельзя нарушить.
– В чем конечная, насколько можно предположить, цель ваших работ?
– Мы ищем мощные источники энергии во Вселенной. Самый большой ускоритель в ЦЕРНе ускоряет частицы до 7 триллионов электронвольт (ТэВ), а из космоса прилетают частицы с энергиями в сотни, в тысячи, в миллионы раз больше. Где и как они ускоряются – никто не знает. Если мы найдем источник и поймем, как он работает, то, возможно, и на Земле сможем что-то сделать. Пример: установлено, что энергия Солнца – от термоядерных реакций. Пытаемся и на Земле создать термоядерный реактор и будем надеяться, что рано или поздно он будет работать.
Как НЕВОД чуть не стал ДЕВОЧКОЙ
– Когда появилась идея с водой, куда вы стали закидывать свой «невод»?
– Мы решили увеличить установку: у нас было 100 тонн железа, а решили сделать 2000 тонн железа. Спроектировали ее еще в 70-е годы. Но когда прикинули… 2000 тонн – это же свыше 30 больших вагонов на 60 тонн, целый состав! Мы ж его год будем разгружать! Но как же тогда все-таки увеличить объем и массу детектора?
Еще в 1961 году академик Моисей Александрович Марков высказал предположение, что раз для нейтрино нужна очень большая масса детектора, то вместо железа можно использовать воду, создавая установки в естественных водоемах – в большом озере, в океане… В 70-е годы возникла идея проекта DUMAND (Deep Underwater Muon and Neutrino Detector, глубоководный детектор мюонов и нейтрино), место для него определили в Тихом океане вблизи Гавайских островов. В 1976 году мы даже ездили на международное совещание по этому поводу в Гонолулу, но проект так и не был реализован. На этом же совещании обсуждалась идея использовать для детектирования нейтрино озеро Байкал – ведь там чистейшая и прозрачнейшая вода, и самое главное, зимой озеро покрывается толстым слоем льда, с которого очень удобно опускать под воду научную аппаратуру. Но еще раньше мы задумались над тем, что надо начать с небольшого водного детектора, создав его прототип – эта идея родилась во Владивостоке в 1975 году, где небольшая группа ученых во главе с академиком Бруно Максимовичем Понтекорво обсуждала возможность создания советского «ДЮМАНДа». На следующем более широком совещании во Владивостоке в 1977 году этот проект был одобрен.
Я вернулся в Москву, и начали мы придумывать название для нашего детектора. В физике принято так: аббревиатуру стараются подогнать под красивое название, которое должно раскрывать суть предмета, но и одновременно быть звонким. Я объявил целый конкурс, названия были умопомрачительные: БОЧКА – БОльшой Черенковский КАлориметр, или ДЕВОЧКА – ДЕтектор ВОдный Черенковский КАлометрический и др. Потом как-то на одном из скучных заседаний мне пришло в голову слово НЕВОД – НЕйтриный ВОдный Детектор. «Третий раз он закинул невод…» Это понравилось.
Квазисферический измерительный модуль,1979 г.
Государственный комитет по науке и технике в 1978 году выделил нам 100 000 рублей на разработку квазисферического модуля для этого детектора. В 1979 году мы его разработали и представили на Международной конференции в Японии, и что интересно – только через 40 лет за рубежом стали задумываться о создании таких же модулей, естественно, с бóльшим количеством фотоумножителей. У нас же в 1980 году Министерством высшего и среднего специального образования СССР была принята межвузовская программа «Нейтрино». В рамках этой программы с нами сотрудничали МГУ, МВТУ, МИЭТ, МИРЭА, Казахский государственный университет, Ворошиловградский машиностроительный институт. Целью программы была разработка проекта НЕВОДа. Проект мы разработали, но денег на реализацию не было. Дело сдвинулось, когда несколько академиков написали письмо в ЦК КПСС об отставании СССР в области физики высоких энергий. В 1986 году появилось поручение Совета Министров и в 1987 году Министерство науки подготовило целую программу, одним из шести пунктов которой было строительство НЕВОДа. Программа была утверждена Советом Министров СССР 18 июля 1987 г.
Основание НЕВОДа
– Как шел этот процесс – времена-то начинались неподходящие?
– Сначала были другие проблемы. На Каширской мы появились в 1979 году, но у нас было всего две комнаты, остальные люди работали еще на ул. Кирова. Нужно было строить все новое, и 1 декабря 1987 года (ровно через 25 лет после исторического 1 декабря 1962 года) на пустыре был построен забор под строительство, а 1 апреля 1988 года приехала техника, чтобы забивать сваи. Из-за какого-то плывуна в том месте сваи должны были быть 9-метровыми. Чтобы их забить, надо было найти соответствующую «бабу» (так называли копр – сваебойную машину – ред.), а у Минсредмаша такая машина была где-то в Красноярске.
Нашлась умная голова, которая сказала, что вместо, девятиметровых свай можно забить сваи по 4,5 метра, но в два раза больше количеством. Так и сделали, через каждый метр у нас вбита 4,5-метровая свая из железобетона. Затем поставили опалубку и залили полметра торчащих свай бетоном – получилась плита площадью 200 м2, на которой построили бассейн, а потом вокруг него само здание. Через полгода, 30 сентября 1988 был подписан акт о вводе в эксплуатацию всего здания вместе с бассейном. Это был своеобразный рекорд – полгода! Мы тоже работали на строительстве – трудились на субботниках, в основном мусор выгребали.
Коллектив мюонной лаборатории на строительстве НЕВОДа: «Здесь будет НЕВОД возведен»
Акт подписали, все хорошо, премию строители получили. Начали заливать воду в бассейн, и она потекла из всех щелей. Как так? А просто щиты для опалубки бассейна тогда были трехметровыми: заливают бетон, он высыхает, их переставляют выше. Но нижний бетон-то уже засох. Как верхний с нижним соединить без щелей? Вот оттуда и потекло. Два года мы бились с этими течами и решили в конце концов сделать мешок из полиэтилена. Варили его прямо на месте. Плохо получалось, пока не приехал мастер из Донецка, который сказал: «Вы все неправильно делаете, вы на один слой полиэтилена хотите две задачи возложить: прочность и гидроизоляция. А их надо разделить. Давайте мы вначале обошьем все толстым полиэтиленом без требования гидроизоляции, он будет обеспечивать прочность. А потом – тонким полиэтиленом, толщиной миллиметров 5, из него сварим гидроизолированную ванну, и она прижмется к первому слою». Так мы и сделали. В 1990-м году мы закончили эти работы, и в 1991 году начали проводить первые эксперименты, опуская наши модули внутрь. Пока шло строительство, мы разрабатывали модули и электронику.
Строительство водного резервуара НЕВОДа
Лихие 90-е
– Как вы выжили в 90-е?
– К началу 90-х в штате у нас работало человек тридцать. Зарплату-то платили, но инфляция была такая страшная, что народ стал, конечно, разбегаться, особенно молодежь – оставались только энтузиасты. Тяжелые были времена, но мы выкручивались… С министром науки Борисом Георгиевичем Салтыковым у нас тогда были очень хорошие отношения, а знакомые в министерстве каждый месяц сообщали, когда деньги приходили, и я сразу туда. Министр: «Сколько тебе надо?» – «Столько-то». – «Нет, половину могу только, надо же и другим дать». – «Так мы с голоду помрем…» Ну как-то договорились, поближе к моей цифре. Министр: «Езжай в институт, пиши письмо и привози мне». Я лезу в портфель и, не глядя, достаю готовую бумагу именно на эту сумму. Он посмотрел на меня, написал резолюцию, деньги выдали. В следующем месяце та же история. Министр: «Неси письмо на такую-то сумму». Я опять достаю письмо именно на нее. Министр: «Ну, хорошо! Что деньги приходят, понимаю, как узнаешь. Но как ты угадываешь, на какую сумму мы договоримся?!» – «Это я не могу вам рассказать». А я просто каждый раз привозил сразу несколько готовых писем, где сумма была указана через 5 единиц, и только рукой в портфеле отсчитывал нужную бумагу наощупь.
Так мы всеми правдами и неправдами продержались, как-то выжили. Слава богу, не все хотели идти торговать, а больше идти было некуда – либо торговать, либо в бандиты. Многих, кто торговать подался и вроде был успешным поначалу, потом «сожрали» другие… Короче, первую гирлянду мы опустили летом 1991 года и с этими результатами я поехал на конференцию в Ирландию. На третий день конференции в Москве случился путч. Ко мне подходили зарубежные ученые и предлагали переехать с семьей в их университеты, обещали хорошие зарплаты. Но всем я ответил одинаково: «Спасибо большое, я поеду домой».
Первая гирлянда с четырьмя модулями в бассейне НЕВОДа
До 1990-го года мы все успели закупить. Организаций, у которых покупали оборудование и комплектующие, было больше, чем у меня сотрудников, мотались к ним по всей стране… Триста корпусов для модулей успели сделать на нашем заводе, а фотоумножителей закупили 1500 – из отбракованных военной приемкой, и еле-еле из них набрали нужные нам 500. Осенью 1994 года закончили собирать установку, 91 гирлянда была у нас в бассейне.
В это время вышло распоряжение премьер-министра Черномырдина – составить список уникальных научных установок, которые надо финансово поддерживать. Нас в него включили и худо-бедно начали финансировать – мы регулярно получали от 3 до 5 млн рублей, но штатное расписание было копеечное. Целевого финансирования на создание НЕВОДа у нас не было.
– Тогда было модно рассуждать о коммерческом успехе научных изысканий…
– Почему нельзя фундаментальную науку коммерциализировать? Психология ученого и психология продавца противоположны. Ученый всегда должен сомневаться, даже когда получил прекрасный результат и все его приняли. А продавец, наоборот, должен все сомнения забыть, чтобы продать. Поэтому я не могу до обеда заниматься наукой, а после обеда продажами. Результаты фундаментальных исследований и разработок можно и нужно использовать в первую очередь в прикладных исследованиях, но это все-таки другая деятельность. И этим мы занимаемся.
НЕВОД с уловом
– Чем занималась лаборатория, пока шла стройка?
– Научная работа, конечно, не стояла. Во-первых, мы занимались обработкой данных, которые были получены на ул. Кирова до 1988 года. Во-вторых, участвовали в морских экспедициях из Владивостока – измеряли световой фон океана в сотрудничестве с Тихоокеанским океанологическим институтом (ТОИ им. В.И. Ильичева ДВО РАН - ред). В воде нам больше мешает не шум, а свет (кроме солнечного, есть еще и биоисточники света), поэтому важно было понять, можно ли разворачивать большие установки и на какой глубине (поняли, что можно, начиная с 500 метров). Мои коллеги ходили на исследовательских судах в разных морях и океанах, измеряли световой фон океана до глубин 5 км и практически дошли до уровня калия. Всякая светящаяся живность глубоко не опускается, но на любых глубинах есть калий-40 (нестабильный изотоп), и он светится. В человеке он тоже есть, и человек тоже светится. Некоторые даже очень… Эти работы имели и прикладное значение – по световому фону можно, например, биопотенциал рассчитать.
Работы в Тихом океане
Первый эксперимент в НЕВОДе мы провели в 1995 году и доказали, что нейтрино можно регистрировать на поверхности Земли в условиях очень высокого фона. Все остальные в мире думали, что это невозможно: ведь их установки работают под землей с фоном в 1000 раз меньше. Естественно, им легче. Из 10 миллиардов частиц, которые проходят через нашу установку, нужно найти одно событие от нейтрино. И мы с этой задачей справились.
– Вам же в Италии еще сделали шикарный подарок?
– Да, события разворачивались следующим образом. В 1991 году на конференции в Ирландии я познакомился с итальянским ученым Оскаром Сааведра из Института космогеофизики в Турине, в котором была лаборатория, проводившая эксперимент по поиску распада протона (Nucleon Unstability). Эксперимент дал отрицательный результат, время жизни протона оказалось значительно больше, чем предполагали теоретики, но в этом эксперименте регистрировались также мюоны. На конференции Сааведра выступил с докладом о полученных результатах, которые я раскритиковал. Тогда он предложил нам совместно обрабатывать данные их установки, специалистов по мюонам у них не было. «Приезжайте в Италию. Оплатим вам месячную командировку». Это было уже после объявления путча, а я ходил весь из себя гордый: «Вам надо, вы и приезжайте в нашу страну». Приехала его сотрудница Антонелла Кастелина в декабре 1991 года, совершенно не подготовленная к русской зиме (в легком пальтишке, мы нашли ей шубу, один сотрудник у жены отобрал на время). Она привезла ленты с данными за 10 лет, все объяснила по ним и уехала. Мы обработали, составили отчет, и вместе с Ростиславом Павловичем Кокоулиным поехали в Италию. «Дайте мне слово, что больше этот отчет никто никогда не увидит», – сказал тамошний директор Карло Кастаньоли, посмотрев на неутешительные результаты анализа работы их установки… Но зато они нам передали ставшие ненужными им камеры стримерных трубок, так как эксперимент был закрыт. Я вокруг них долго ходил и думал: «Нам бы вот такие, мы бы поставили их рядом с водным детектором». Итальянцы уже и компанию наняли для их утилизации, но я попросил их для нас. Директор института распорядился подготовить соглашение о совместной работе и передать нам эти трубки. Целый день мы его писали: впервые в жизни – международное соглашение на английском языке. А директор, к удивлению всех сотрудников, его сразу подписал (никогда такого не было, как нам рассказали), наплевав на неустойку для утилизирующей компании. И даже оплатил нам перевозку в Москву с помощью «Совтрансавто».
Здание НЕВОДа, 1988 г.
Ровно через месяц 1 июля 1992 года нам все привезли на Каширскую – образовалась гора из двадцати 4-метровых ящиков, но их надо было еще растаможить. Начальник таможни развел канитель – это долгий, мол, процесс. Я достал из сумки большую бутылку и спросил: «Можно мы их на ответственное хранение возьмем?» Отвечает: «Именно с сегодняшнего дня это запретили. Но я сегодня первый день на работе после отпуска и мог этот приказ еще не читать». И подписал. Правда, потом мы их еще четыре месяца растамаживали, пока наконец не оформили как гуманитарную помощь. Вот таким образом в НЕВОДе появились камеры стримерных трубок, и у нас началась новая жизнь. Мы их разместили вокруг нашего водного детектора и, благодаря им, первыми в мире обнаружили избыток мюонов, который растет с увеличением энергии первичных космических частиц выше 1017 электронвольт и сейчас называется «мюонной загадкой». Вначале нам никто не верил, но потом наши данные подтвердились на установках Pierre Auger в Аргентине и Ice Cube в Антарктиде.
Просто космические перспективы
– Чем в НЕВОДе заняты сейчас?
– У нас два направления. Во-первых, фундаментальные исследования, в первую очередь решение мюонной загадки, а в целом – поиск новых состояний материи при энергиях недоступных ускорителям. Делаем для этого аппаратуру, создаем новый детектор – ТРЕК, состоящий из двух плоскостей дрейфовых камер, он будет закончен в 2024 году, а к 2025 году надо будет модернизировать и черенковский водный детектор. И тогда начнем работы.
Координатно-трековый детектор ДЕКОР, предназначен для исследований горизонтального потока космических лучей
Второе – это прикладные исследования, что называется «для народного хозяйства»: контроль состояния гелиосферы, магнитосферы и атмосферы, поиск предвестников различных опасных явлений – магнитных бурь и т.д. Вообще же, на базе НЕВОДа будет создана установка класса мегасайенс – это мы делаем в рамках программы «Приоритет 2030».
Когда мы запустим наш уникальный детектор ТРЕК, он позволит нам ловить в семь раз больше частиц, чем сейчас. Самое главное, что кроме нас решить мюонную загадку никто не сможет – потому что нужно два независимых детектора, и у нас они есть: трековый и черенковский. И вот тогда мы сможем дать ответ – откуда взялись эти лишние мюоны. Если они такой же энергии, как и другие, это будет означать, что к нам что-то из космоса прилетает или мы неправильно оцениваем количество частиц с такими энергиями, а если энергии будут больше, значит, избыток мюонов образуется в атмосфере, а это новый процесс их рождения.
Теперь о нейтрино. Последние десятилетия прямыми исследованиями нейтрино мы не занимались. Дело в том, что по сравнению с другими, созданными после НЕВОДа, нейтринными детекторами, масса которых измеряется в сотнях мегатонн, наш детектор маленький и соревноваться с ними по регистрации нейтрино сверхвысоких энергий бессмысленно. Но предстоящая модернизация черенковского водного детектора – расширение его чувствительного объема и замена фотоумножителей на более современные, с лучшими характеристиками – позволит вернуться к нейтринным исследованиям.
В частности, предлагается измерить угловое распределение потока мюонов, приходящих из нижней полусферы, с целью определения зенитного угла, ниже которого поток мюонов, генерируемых нейтрино, начинает превышать поток мюонов из верхней полусферы, рассеявшихся в грунте и вошедших в детектор снизу. Вторая задача – калибровка в НЕВОДе измерительных оптических модулей крупнейших нейтринных телескопов: Байкал, IceCube, KM3Net. Это необходимо для того, чтобы количественно сопоставлять результаты, полученные на различных установках. Имеющиеся у нас координатно-трековые детекторы позволяют выделить мюоны с высокой пространственной (~ 1 см) и угловой (~1 градус) точностью.
Внутри бассейна
С практической точки зрения важным направлением является регистрация антинейтрино от ядерных реакторов. Развитие таких детекторов позволит установить контроль за физической мощностью ядерных реакторов, чтобы, например, исключить несанкционированное производство плутония. Другим методом дистанционного контроля за состоянием ядерного реактора является мюонная томография. Созданный нами по заказу Росатома гибридный мюонный томограф проходит сейчас испытания на Калининской АЭС.
Вообще же, повышенный интерес к нейтрино, которые обладают колоссальной проникающей способностью, обусловлен перспективами заглянуть в любой уголок Вселенной и получить неискаженную информацию о происходящих там процессах. Доведение объема Байкальского нейтринного телескопа до 1 км3 в дополнение к такому же объему детектора IceCube позволит увидеть все небо в «нейтринном свете»!
