Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2012 № 06

Задача современных ученых — обнаружить гравитационные волны.

Представьте себе ситуацию. Где-то там, в глубинах космоса, кружится во вселенском вальсе пара нейтронных звезд. Миллионы лет назад они исчерпали запасы ядерной энергии и теперь остывают. С каждым витком они сближаются все ближе, пока наконец не сольются воедино, образовав черную дыру, из недр которой уж не вырвутся ни атом, ни фотон…

Но пока они как бы еще колеблются: стоит ли сливаться? И следы их колебаний в виде гравитационных волн — вибраций пространства-времени — распространяются в космосе. Звезды сближаются, темп вращения нарастает, а с ним растут потери на излучение. В финале за три секунды частота подскочит с 10 до 1000 оборотов в секунду, и гравитационные волны унесут около процента массы покоя двух сливающихся в черную дыру звезд. Окажись поблизости космический корабль, его просто разорвет на куски: гравитационные волны деформируют предметы, растягивая их в одном направлении и сжимая в другом, — как в кривом зеркале. Так гласит теория. Но она же показывает, что волны гравитации могут сильно ослабеть с расстоянием. Именно потому нам не удается их обнаружить. Во всяком случае, например, создатели детектора MiniGRAIL , построенного в Лейденском университете (Нидерланды), похвастать успехами тоже не могут.

Детектор представляет собой шар из медно-алюминиевого сплава диаметром 68 см и массой около 1400 кг, резонирующий на колебания с частотой около 3 кГц.

Остается выделить эти колебания из помех и зарегистрировать с помощью сверхпроводящих магнитометров. А вот с этим пока не получается. Чтобы защитить установку от любых сейсмических колебаний, бетонная плита, на которой подвешен шар, опирается на подушки из резины и дерева. А сам подвес состоит из стальных грузов и пружин.

Кроме того, еще больший враг детектора — тепловой шум. Чтобы избавиться от него, MiniGRAIL должен работать при температуре 20 милликельвинов — это на 1/50 градуса выше абсолютного нуля. Для этого вместе с частью подвеса шар помещают в трехслойный термос-дьюар с температурами слоев соответственно 77 К, 4 К и 20 мК.

За каждый час такого криогенного режима из установки испаряется около литра жидкого гелия, а охлаждение полутора тонн металла от комнатной до рабочей температуры занимает более полутора месяцев. А в итоге пока — ничего. С момента начала работ в 2001 году был проведен уже с десяток сеансов наблюдений, и все безрезультатно: гравитационных волн обнаружить до сих пор не удалось.

Быть может, именно потому научная общественность с таким интересом узнала о революционном эксперименте, которые поставили в марте нынешнего года физики из университетов Северной Каролины и Рочестера.

Впервые в мире им удалось провести сеанс связи с помощью субатомных частиц — нейтрино.

Напомним, что нейтрино (в переводе с итальянского «нейтрончик») — частица особая. Это название придумал лауреат Нобелевской премии Энрико Ферми для гипотетической частицы, которая была поначалу открыта на кончике пера швейцарским теоретиком Вольфгангом Паули. Частица, согласно его вычислениям, получилась весьма странной — практически не имеющей электрического заряда, массы покоя и способной пронизывать толщу любого материала… В итоге даже сам Паули пришел в отчаяние. «Частицу с такими свойствами невозможно обнаружить экспериментально!» — воскликнул он однажды.

Устройство и схема охлаждения детектора:

1— вход для жидкого гелия температуры 1К; 2— труба для протекания гелия; 3— резервуар гелия; 4 — резервуар для азота; 5— труба для подачи гелия; 6— труба для транспортировки азота; 7— помпа для подачи гелия; 8— труба для выхода газообразного гелия; 9— резервуар с температурой 4К; 10— резервуар с температурой 77К; 11— резервуар с температурой 300К.

Однако Паули, к счастью, ошибся. Нейтрино — даже трех разновидностей — обнаружить все же удалось.

И это несмотря на то, что нейтрино в самом деле может запросто пронизать земной шар, двигаясь почти со скоростью света!

Сигнал первой нейтринной передачи поступил из Национальной лаборатории имени Энрико Ферми, что рядом с Чикаго. Там в мощнейшем ускорителе частиц разогнали протоны и направили на углеродную мишень.

В результате бомбардировки возникли пучки нейтрино высокой плотности, которые были направлены сквозь скалы толщиной 240 метров и нацелены на детектор MINERVA.

«Мы закодировали двоичным кодом слово « neutrinо », — рассказал профессор Станцил. — Единице соответствовала посылка группы нейтрино, а нулю — пауза в нейтринном луче. После того как детектор поймал эти прерывистые пучки, компьютер перевел нули и единицы обратно в слово «neutrino». Таким образом начало освоения нового вида связи положено. Но это вовсе не значит, что уже завтра мы начнем рассылать нейтринотелеграммы во все концы Вселенной.

«Наш опыт — только первый шаг на пути создания новой технологии передачи информации на огромные расстояния без использования электромагнитных волн», — полагает профессор физики из Рочестерского университета Кевин Макфарланд, который также участвовал в эксперименте. Дело в том, что детектор, принимавший нейтринный сигнал, весит сотни тонн. Передатчик-ускоритель — еще больше. Сами исследователи признают: пока подобную установку трудно назвать удобным и дешевым средством связи.

Кроме того, перестраивать ускоритель, чтобы он передавал то «точки», то «тире», — довольно трудоемкая задача, отнимающая много времени. Поэтому передача пока идет «в час по чайной ложке». Одно-единственное слово пришлось транслировать целых два часа!

Однако лиха беда — начало. Александр Степанович Попов тоже начал с передачи всего двух слов «Генрих Герц» на расстояние в десятки метров. Но уже спустя несколько лет переданная по радио телеграмма помогла спасти рыбаков, которых уносило в открытое море на оторвавшейся от берега льдине. А сегодня мы и жизни себе не мыслим без радио и телевидения, Интернета и мобильной связи. Так что, глядишь, лет через 10–20 первые нейтринные передатчики и приемники начнут свою вахту на просторах Вселенной, полагает профессор кафедры теоретической физики физического факультета МГУ, директор Научно-образовательного центра по физике нейтрино и астрофизике имени Бруно Понтекорво Александр Студеникин.