О.Г.Ряжская ТРИДЦАТЬ ЛЕТ И ТРИ ГОДА

Я написала это название, и события 1963 – 1964 г.г. предстали передо мной так ясно, как будто всё это было вчера. Воспоминания сменяли друг друга с калейдоскопической быстротой, на некоторых эпизодах внимание останавливалось. Так родились эти записки. В них очень личное восприятие определённых событий, происходивших в первые годы становления лаборатории нейтрино, поэтому я ни в коей мере не претендую на объективный, всесторонний анализ того, чему я была свидетелем. В настоящих заметках нет глубокого осмысления роли Георгия Тимофеевича Зацепина в науке, здесь могут просматриваться лишь некоторые штрихи к портрету моего Учителя.

Шёл 1963 год, год бурного развития космонавтики и исследования космоса. Осень была омрачена убийством Джона Кеннеди, и для трансляции его похорон на весь мир впервые была использована спутниковая телевизионная связь. В том году ещё не чувствовалось, что время «оттепели» кончается, но какое-то слабое ощущение перемен было. Из московских магазинов впервые после отмены карточек стали исчезать продукты, что-то распределялось по домоуправлениям. Но мы, дети войны, были романтиками, бредили космосом, толпами бегали на Красную площадь встречать Ю.Гагарина и других космонавтов. Казалось, что впереди нас ждет безоблачное будущее в науке, что всё возможно, и мы всё, что захотим, сумеем сделать.

В МГУ и ФИАНе изучали первичное космическое излучение, интенсивно разрабатывали приборы, которые ставились на борт спутников. Я делала диплом в ФИАНе в группе Лидии Васильевны Курносовой, изучала влияние интенсивных потоков электронов на характеристики фотоумножителей сцинтилляционных и черенковских детекторов, предназначенных для работы вблизи радиационных поясов Земли. Все шло к тому, что после окончания физического факультета МГУ я останусь на работе в лаборатории космических лучей.

Но один телефонный звонок изменил мои планы и определил мою жизнь на последующие тридцать три года. Звонил мой друг детства Алёша Поманский. Он сказал, что в ФИАНе создается новая лаборатория – лаборатория нейтрино, руководить которой будет Г.Т.Зацепин, а Саша Поманский (брат Алёши) занимается комплектацией лаборатории молодыми специалистами. Алёша просил меня порекомендовать кого-нибудь из моих сокурсников для работы в новой лаборатории, а имена кандидатур сообщить Саше. С Сашей мы встречались много раз в фиановских коридорах, но он, знавший меня ребёнком, меня – студентку не узнавал. Преодолев некоторую робость, я пришла к Саше, назвала ему имена моих нескольких соучеников и вдобавок сказала, что мне самой интересно было бы работать в этой лаборатории. Саша спросил: «Ты чем занимаешься? Экспериментом? Вообще-то мы не планировали в экспериментаторы девок брать. Условия будут тяжёлые, работать придётся под землей. Надо подумать».

До этого момента я уже несколько раз слышала подобные высказывания. Это было при распределении на ядерное отделение физфака, затем при поступлении на кафедру элементарных частиц и вот опять... Вернулась я к себе в лабораторию, занялась настройкой дискриминаторов, а в ушах всё звучало и звучало «мы не планировали...», «мы не планировали...».

На следующий день я опять сидела около осциллографа и вдруг услышала. «- А могу я видеть Ольгу Георгиевну?» В то время меня так никто не называл. Я подняла глаза и увидела Георгия Тимофеевича, который направлялся ко мне. До этого момента мы не были знакомы. Конечно, я его много раз видела в ФИАНе, слышала на семинаре лаборатории космических лучей его вопросы и замечания, всегда по существу; видела, как он очень уважительно разговаривает с гардеробщицами, а затем через две ступеньки бежит наверх. Наверное выражение моей физиономии было очень растерянным. Георгий Тимофеевич подошёл ко мне, протянул руку и сказал: «Здравствуйте, вот зашёл познакомиться с нашей новой сотрудницей и для начала пригласить на первое заседание семинара лаборатории нейтрино». Поинтересовался, чем я занимаюсь, посмотрел на экран осциллографа, и, сказав, что увидимся на семинаре, ушёл, оставив меня в состоянии некоторого шока.

Затем был первый семинар, на котором Георгий Тимофеевич рассказывал о Солнце, термоядерных реакциях, о нейтрино, о нейтринной спектроскопии Солнца, о будущей подземной лаборатории. Тогда всё это звучало как научная фантастика. А на семинаре том было всего восемь человек сотрудников: Г.Т.Зацепин, А.Е.Чудаков, А.А.Поманский, В.А.Кузьмин, В.Л.Дадыкин, И.М.Железных, И.Р.Барабанов, Б.В.Толкачев и несколько студентов 6 – го курса физфака, среди которых были Люся Волкова и я. Был также М.А.Марков и много сотрудников лаборатории космических лучей.

Георгий Тимофеевич просил меня выйти на работу сразу после защиты диплома и сдачи госэкзаменов, 1 февраля 1964 года. Необходимо было сделать срочную работу – найти по карте наилучшее местоположение для будущей нейтринной станции. Нужно было на Северном Кавказе, в долине реки Баксан найти высокую гору с максимальной крутизной, чтобы длина будущей штольни, соединяющей вход в туннель с подземной лабораторией, защищённой слоем грунта более 4000 метров водного эквивалента, была бы минимальной. После того, как эта гора - гора Андырчи была найдена, в конце февраля Георгий Тимофеевич вместе с группой учёных и строителей поехал в Приэльбрусье посмотреть, как всё выглядит в натуре, и на месте определить положение входа в туннель. Меня тоже приглашали принять участие в этой поездке, но я ещё не была официально сотрудником ФИАНа и поехать в командировку не смогла.

Лаборатория нейтрино в то время состояла из трех групп: группы солнечных нейтрино (Г.Т.Зацепин), группы атмосферных мюонов и нейтрино (А.Е.Чудаков) и группы изучения энергетического спектра мюонов высокой энергии с помощью магнитного спектрометра (Б.В.Толкачёв). Последняя группа просуществовала недолго. А первые две превратились в лаборатории нейтринной астрофизики и лептонов высоких энергий отдела ЛВЭНА. Но это было уже потом, в 1970 г., после образования Института ядерных исследований.

В начале же 1964 г. в группе Солнечных нейтрино стали интенсивно развиваться радиохимические методы детектирования этой частицы. Сначала рассматривались хлор-аргоновый и галлий-германиевый. Первый был предложен в 1946 г. Б.М.Понтекорво, а в 1963-1964 г.г. этот метод разрабатывался как в лаборатории нейтрино ФИАНа под руководством Г.Т.Зацепина и А.А.Поманского, так и в Брукхейвенской национальной лаборатории США Р.Дэвисом. Суть метода состоит в экспонировании большого объёма вещества, содержащего хлор (перхлорэтилен), в нейтринном потоке. Нейтрино, взаимодействуя с хлором, образуют аргон, который накапливается в течение некоторого времени, а затем извлекается из резервуара. Это достигается продувкой перхлорэтилена гелием, поток которого выносит аргон, являющийся также инертным газом, из детектирующего объёма. Затем аргон адсорбируется активированным углем в ловушке. Далее радиоактивный аргон-37 вводится в маленький пропорциональный счётчик, способный регистрировать считанные атомы газа.

Даже из краткого описания этого метода следует, что радиохимические детекторы не защищены от фоновых реакций, которые в конечном состоянии дают искомые атомы, это может быть, например, реакция Cl137(p,n)Ar37. Вероятности взаимодействия нейтрино с ядрами очень малы, поэтому вопросы фона – это зачастую вопросы возможности проведения экспериментов.

Я отчётливо помню одно из обсуждений галлий – германиевого метода детектирования нейтрино, предложенного В.А.Кузьминым. Это было самое начало 1964 г. Речь шла о том, на каких глубинах под землёй надо ставить детектор, чтобы избежать фона от космических лучей. Сначала я присутствовала только в роли пассивного слушателя. И вдруг Георгий Тимофеевич предложил мне разобраться в механизмах генерации ядерноактивной компоненты космических лучей под землёй. И с этого момента мало – помалу я стала вникать в тонкости той науки, которая двадцать лет спустя получила название «подземная физика». Сначала наша работа строилась таким образом, что Георгий Тимофеевич предлагал рассмотреть некоторый вопрос и, начиная со следующего дня интересовался, как идут дела. При этом он часто спрашивал: «Как? Вы еще не сделали? Надо работать по 16 часов в сутки». Правда, шутливые нотки слышались в его голосе.

К тому времени уже существовали результаты нескольких экспериментов, в которых измерялись выходы протонов, нейтронов и пи – мезонов, генерируемых мюонами под землей. Появилась большая статья А.Вольфендейла с сотрудниками, в которой утверждалось, что, в основном, нейтроны и протоны генерируются под землёй в электромагнитных каскадах за счёт гамма–А – реакции. Начало каскадам дают электроны и фотоны, образуемые мюонами при их взаимодействии с атомами и ядрами. Процесс неупругого рассеяния мюонов учитывался только как мюон–ядерное взаимодействие с рождением адронов малой энергии. Георгий Тимофеевич обратил моё внимание на необходимость учёта также и больших передач, при которых рождаются пи-мезоны высоких энергий, инициирующие ядерные каскады. В результате, как показали наши расчёты, именно в ядерных каскадах генерируется подавляющее количество адронов, причём адроны высоких энергий образуются только благодаря развитию ядерных каскадов. Это связано с тем, что несмотря на малость сечения неупругого рассеяния мюонов, множественность каскадных частиц велика. И этот факт играет решающую роль.

Затем была Всесоюзная конференция по космическим лучам в Апатитах (август, 1964 г.), где я выступала со своим первым в жизни серьёзным докладом. Особое внимание на него обратил Б.М.Понтекорво. Я помню, его удивило, что даже на глубине 4500 метров водного эквивалента фон в хлор-аргоновом детекторе составляет 10 процентов эффекта, а на меньших глубинах эксперимент проводить просто не целесообразно.

В конце 1964 г. Георгий Тимофеевич вместе с Александром Евгеньевичем Чудаковым поехали в Америку, чтобы познакомиться с работами, проводимыми в Брукхейвене. Георгий Тимофеевич передал Р.Дэвису график зависимости скорости генерации ядерных эффектов мюонами от глубины грунта. Как это было воспринято, описывает Р.Дэвис в своих воспоминаниях, опубликованных в книге Дж.Бакала «Нейтринная астрофизика».

Но расчёт - расчётом, а окончательное слово за экспериментом. И мы решили измерить кривую генерации ядерных эффектов мюонами в зависимости от глубины. Сначала думали использовать нейтронные счётчики, но затем остановились на жидких сцинтилляторах. Создание жидкого сцинтиллятора в лаборатории нейтрино – это интересная, но другая история. А для проведения эксперимента «глубина – интенсивность адронов» была образована группа, сделавшая установку, основным элементом которой был 300-литровый счётчик, заполненный сцинтиллятором, содержащим соль гадолиния для регистрации нейтронов по их захвату. В то время это был один из самых крупных сцинтилляционных монодетекторов, и мы его называли «большим».

Возник вопрос, где проводить этот эксперимент, ведь нейтринная станция в то время ещё только проектировалась. И опять появилась проблема фонов, на сей раз от естественной радиоактивности. Мы стали искать место, где существуют низко-радиоактивные горные выработки достаточно большого объёма, имеющие горизонтальные штольни на разных уровнях. Этим условиям отвечают соляные и гипсовые шахты. Поэтому было принято решение провести работы в Донбассе, вблизи г.Артёмовска, в соляных и гипсовых шахтах.

Я была занята экспериментальной, инженерной и организационной работой. Мне очень хотелось поточнее измерить сечение неупругого рассеяния мюонов. И вот, в один прекрасный момент, стало совершенно ясно, что можно хорошо отделить ядерные каскады от электромагнитных по количеству регистрируемых в них нейтронов. Я пришла с этой мыслью к Георгию Тимофеевичу, а он говорит: «Для этого лучше построить большой детектор». Я отвечаю, что это получается и на относительно малом. А в ответ: «А представляете, что будет, например, в 50-ти или 100-тонном?». У меня была масса забот о стабильной работе аппаратуры, об обработке данных, о перемещении установки из одной шахты в другую. Но, практически, при всех наших встречах, после моих возвращений из Артёмовска, я слышала: «А когда Вы думаете сделать стотонный детектор?» И я научилась думать о нескольких делах сразу: о сиюминутном и о перспективе.

Затем, для задач нейтринной астрофизики и физики космических лучей был сделан 100-тонный сцинтилляционный счётчик в Артёмовске, 90-тонный под Монбланом, сейчас мы заканчиваем вторую башню 5-ти башенного 2-х килотонного сцинтилляционно-трекового нейтринного телескопа под Гран Сассо. Мы сделали вместе с Георгием Тимофеевичем много научных работ, разработали новые методики, получили много интересных результатов. Наша группа сначала стала сектором, а затем превратилась в лабораторию в составе отдела, которым бессменно руководит Георгий Тимофеевич. И это происходило в течение 33 лет. А тридцать лет и три года назад всё началось с одного телефонного звонка.