Читать книгу Записки эмигранта - Валерий Попов - Страница 4

КАТРИН – это сокращённое название от слов:

Карлсруе Тритиум Нейтрино Эксперимент.

Многие помнят известное изречение «Атом неисчерпаем». Когда то эта фраза и модель атома были символом города физики Протвино, моего родного города, где до сих пор работает один из крупнейших ускорителей элементарных частиц У-70 и где были сделаны многие научные открытия. Сегодня известно всем, и не только физикам, что атомное ядро состоит из «кирпичиков», таких элементарных частиц, как нейтроны и протоны. Нейтрон нейтрален. Не имеет электрического заряда и поэтому получил такое название.

Известный швейцарский физик Вольфганг Паули ещё в 1931 году пришёл к выводу, что в природе существует ещё одна нейтральная частица с массой много меньшей, чем у нейтрона.

По предложению итальянского физика Энрико Ферми эту частицу, этот «маленький нейтрончик» назвали нейтрино. Через каждый квадратный сантиметр нашего тела ежесекундно проходит несколько миллиардов нейтрино, однако это не заметно и непонятно, какую роль играют в нашей жизни эти частицы. Но без нейтрино не существовало бы солнце и звёзды, не было бы окружающего мира и нас самих.

Масса нейтрино, определение массы нейтрино – это центральный вопрос физики. Физики выяснили, как взаимодействуют между собой элементарные частицы, как устроено сильное ядерное взаимодействие, слабое и электромагнитное. Что остаётся загадкой до сих пор, это как возникают массы у этих частиц. И чтобы понять это, исключительно важно знать массу нейтрино. Спектр масс фундаментальных частиц очень широк и физикам неясно, чем это обусловлено. Электрон примерно в 2000 раз, а нейтрино в 1 миллиард раз легче, чем протон.

Для понимания, как устроен этот мир, строятся гигантские суперколайдеры, например LHC в Швейцарии, с помощью которого учёные нашли частицу, называемую Бозон Хиггса. По мнению учёных, благодаря взаимодействию с Бозоном Хиггса и возникают массы у других частиц.

Исследованиями российских физиков установлено, что плотность нейтрино меньше, чем 10 % полной плотности вещества во Вселенной, т. е. 90 % вещества не нейтрино. Плотность же других известных частиц – протонов и нейтронов во Вселенной небольшая, меньше 5 %. Это означает, что более 85 % процентов вещества во Вселенной составляют неизвестные сегодня нам частицы, т. е. Вселенная состоит из чего-то совершенно неизвестного. Открытие этих неизвестных частиц, выяснение их свойств будоражит умы учёных всего мира.

На международной конференции «Нейтрино 98» в Японии 5 июня 1998 года на основании результатов эксперимента на детекторе «Супер-Камиоканде» японскими физиками было объявлено, что у нейтрино есть масса. Чтобы заметить крайне малую массу нейтрино, был построен этот детектор, стоимостью в 100 миллионов долларов. Он размещен в старой шахте по добыче цинка на глубине больше километра под горой Икена в Японских Альпах. Детектор, в виде огромного цилиндра, содержит 12.5 миллионов галлонов сверхчистой воды, окруженной тысячами специальных приборов-фотоумножителей, способных регистрировать свет. Возникает он, когда нейтрино летящие с огромной энергией, налетают на атомы воды и выбивают из них тоже весьма «энергичные» электроны, пронизывающие воду и испускающие излучение, регистрируемое фотоумножителями. В гигантском цилиндре за день наблюдается 5–6 нейтринных взаимодействий. Нейтрино прилетали как сверху так и из под земли, поскольку из-за слабости взаимодействия с веществом, толща нашей планеты для большинства частиц из потока нейтрино не преграда. Физики обнаружили превращение одного сорта нейтрино в другое, для потока снизу, а это возможно только если нейтрино имеет массу. Это открытие имеет беспрецедентное значение для физики и для космологии. Здесь следует сказать, что поиск массы нейтрино ведёт начало с гипотезы В. Паули и первая оценка её массы была сделана в 30-х годах, когда обнаружили тяжёлый изотоп водорода тритий с периодом полураспада 12 лет и малой энергией распада.

Для физиков тритий оказался аналогом дрозофилы в генетике, так как он обладает уникальными свойствами: малой энергией перехода, простотой получения, большой надёжностью при вычислении атомарных эффектов. При распаде радиоактивнного ядра энергия распада делится между новым ядром, электроном и нейтрино. Физики многих стран работают с тритием и создают всё более совершенные установки. Это известные эксперименты в Цюрихе, Лос-Аламосе, Токио, Троицке и Майнце.

Общий вид эксперимента КАТРИН и схема ядерного распада трития

КАТРИН это эксперимент, который создаётся в настоящее время для прямого измерения массы «электрон-нейтрино» с чувствительностью 0,2 еV. Это следующий шаг в экспериментах с бета распадом трития. В эксперименте участвуют несколько европейских и американских институтов, около 100 учёных, инженеров. Установка КАТРИН будет построена в немецком исследовательском центре в Карлсруе, где есть необходимая техническая инфраструктура и тритиевая лаборатория. Руководит лабораторией относительно молодая дама невысокого роста, очень деловая и активная. Она же и ведёт проект КАТРИН как технический менеджер. Для меня это было неожиданно, что именно женщина ведёт такой сложный проект, но это факт.

Наша фирма выиграла тендер на создание одной из основных частей эксперимента КАТРИН, именуемой WGTS, во многом благодаря меньшей заявленной стоимости. Однако в процессе проектирования выяснилось, что необходимы большие затраты на конструкторскую работу по проекту, поскольку требуются научно-исследовательские работы.

Мне было интересно работать, проект исключительно сложный и о такой работе можно только мечтать. Я люблю свою работу и мне интересно, иду на работу, на обед, а в голове прокручиваются решения и это иногда очень помогает. Но бывают моменты, не могу найти решения и какое-то время тратится впустую, переключаешься на другую задачу, проходит время и вдруг приходит решение. И ничего не сделаешь, это творческий процесс и родить невозможно раньше чем решение созреет.

Мы на фирме работали над проектом в небольшом составе: это главнокомандующий или менеджер проекта, доктор Кройц, его заместитель и главный криогенщик Ахим Нобл, это мой начальник, Михаэль Пойер или Миша, основной технический игрок в этом проекте, это я, как ведущий конструктор проекта, ещё два конструктора со стороны, Марк Экеленц и Мюллер. Также участвовал Вольфганг Зюнхольд, он и технолог и снабженец и ответственный за производство.

Другая команда со стороны заказчика, в ней около десятка специалистов по всем направлениям. Есть в этой команде и физик из Троицка. Раз в месяц проходят совместные обсуждения отдельных деталей проекта, причём повестка совещания, вопросы для обсуждения предварительно готовятся двумя сторонами. Все с ноутбуками и в режиме реального времени всё фиксируется до мелочей.

Всё начиналось с тендера, я готовил все первые наши предложения и, мы получили этот многомиллионный проект. Далее по прошествии 6 месяцев, мы должны были представить «Техникал Дизайн Репорт» или технический проект, где должны быть зафиксированы все решения по всем ключевым моментам. Невозможно просто описать, насколько сложным оказался этот проект. Это и криогеника, это и сверхпроводящая магнитная система, это и радиоактивный тритий, впрыскиваемый в пучковую трубу, это и пучковая труба, температуру которой нужно стабилизировать с помощью жидкого неона с невероятной точностью и для решения этой задачи были подключен криогенный институт из Дрездена. И, представьте, нужно было за короткий срок все технические решения представить заказчикам.