Эта история началась две с половиной тысячи лет назад. Хотя мне довелось коснуться её только в прошлом году. И в том, что случилось дальше, словно в паззле, сложилось сразу множество линий. И на стыке фундаментальной физики и столь же фундаментальной археологии родился очень прикладной научный проект, которым просто нельзя не поделиться.
Такое вот нестандартное «сделай сам».
В августе 2017 года, работая в пресс-службе НИТУ «МИСиС», я узнал про методику, которую для себя назвал «рентген для гор». Познакомила меня с ней ведущий эксперт университета и профессор ФИАН Наталья Геннадьевна Полухина – руководитель одной из трёх научных групп в мире, которая занимается так называемой «мюонной радиографией». Метод, при помощи которого можно «просвечивать» объекты километрового размера, основан на регистрации мюонов – элементарных частиц, которые рождаются из-за столкновения космических лучей с атмосферой Земли. Этих частиц рождается так много, что каждую минуту 10 тысяч мюонов падает на каждый квадратный метр земной поверхности. Если на их пути встречается любое препятствие (здание, гора или просто почва), то проходя через него, поток мюонов ослабевает. Скорость уменьшения потока зависит как от толщины препятствия, так и от плотности составляющего его вещества. Максимальная скорость пробега в воде, например, составляет около 8,5 км. В земле – почти 2,5 км.
Впрочем, внутренности небольших (в несколько метров) объектов тоже можно заглянуть. И разрешение будет даже лучше. Главное – чтобы на пути мюонов к датчику стоял только этот объект. Как говорит сама Наталя Геннадьевна: У новой технологии есть и другие сферы применения. «Можно оценить состояние жерла вулкана, реактора АЭС или ледника в горах. Можно отыскать новое естественное подземное хранилище для природного газа, поймать зарождающийся в горе отработанной при добыче угля породы пожар задолго до того, как она выгорела изнутри, предсказать извержение вулкана или предотвратить катастрофические последствия провалов грунта в местах выработанных рудников или на улицах городов, таких как в Березниках (Пермский край). И надо помнить, что от таких техногенных провалов страдают жители многих крупных населенных пунктов».
Как я уже говорил, групп таких в мире три. Одна в Италии, одна в Японии, одна в России. Японская группа, кстати, незадолго до того прославилась, найдя скрытую комнату в пирамиде Хеопса. О чём скромно написали в Nature. Чем занимаются итальянцы, не знаю, но профессор Полухина курирует установку мюонных датчиков в рамках нового эксперимента SHiP (Search for Hidden Particles — поиск скрытых частиц) в ЦЕРНе. Эксперимента, в котором участвует НИТУ «МИСиС» совместно с 40 ведущими вузами мира. Однако запомнился наш разговор именно тем, что с помощью этой методики можно искать пустоты и даже определять места залегания пород разной плотности. Потому что при разнице в 5% их уже становится видно. Так что ученые подыскивали себе место для модельного эксперимента.
Через пару месяцев благодаря Российскому союзу молодых ученых мне как главреду сайта по поиску финансирования (если интересно – см. профиль) для научных групп посчастливилось приехать в Дагестанский госуниверситет.
А затем вместе с его представителями – попасть на экскурсию в Дербент. И на вершине города, в крепости Нарын-кала, мы наткнулись на странный дырявый купол. На вопрос: «А что это?», мне рассказали загадочную историю.
Оказалось, в этом месте под землей расположено древнее водохранилище. 12-метровой глубины постройка датируется аж 300-м годом нашей эры. Лет двести-триста назад его перестали использовать по прямому назначению, но до этого оно исправно снабжало водой крепость.
И всё бы ничего, но водохранилище какое-то странное. У всех нормальных водохранилищ параллельное земле сечение квадратное (точнее, прямоугольное). В крайнем случае, круглое. А здесь – крестообразное. И крест этот расположен точно по сторонам света. Причем, в южную сторону коридор удлинен. А своды помещения такие, что в сочетании с куполом всё это изнутри выглядит как вполне себе христианский храм. И если это так, то это древнейший на территории современной России христианский храм. Открытие века, можно сказать. Обнаружившие такое чудо ученые говорят, что храм изначально строился как надземный (о чем говорят следы замурованных входов), а засыпали его землей арабы после захвата ими Дербента (примерно 700-й год нашей эры).
Не все археологи согласились с такой трактовкой. Приводить все аргументы сторон не буду, их очень много. Статьи, кандидатские, конференции, превращение лучших друзей во врагов к результату не привели. В отсутствие документальных источников спор оставался неразрешённым. А раскопать здание не получается. Во-первых, крепость Нарын-кала относится к объектам культурного наследия ЮНЕСКО, и волокиты там не оберёшься. Во-вторых, непонятно, как поведут себя при освобождении от земли стены здания, так долго подвергавшиеся воздействию воды.
Вот тут-то всё и срослось: крепость, гора, мюоны и НИТУ «МИСиС». И когда дагестанские археологи услышали рассказ про мюонную радиографию, то сразу поняли, что решение их проблемы найдено. Они тут же принялись готовить администрацию музея к тому, что на его территории пройдёт научный эксперимент.
Тем временем, вернувшись из Дагестана, я первым делом рванул к профессору Полухиной. Рассказал ей про объект. Профессор моментально согласилась посмотреть на него. После изучения топографических карт объединенная научная группа пришла к выводу, что рельеф позволяет просканировать здание и получить трехмерную картинку.
Пока идет поиск финансирования для полномасштабного эксперимента, для которого нужно установить ряд датчиков снаружи храма и обеспечить их сохранность в течение нескольких месяцев, НИТУ «МИСиС» обеспечил ученых фотоэмульсией для датчиков для проведения предварительного эксперимента. В феврале исследователи поставили датчики внутри помещения, а в апреле забрали их и увезли на проявку. Сейчас идёт оцифровка пластин и расшифровка данных. Возможно, уже на этой стадии удастся «увидеть», что же там, за стенами. Но полноценную 3D-картинку даст, конечно, только эксперимент с наружными датчиками. Так что следите за обновлениями – самое интересное ещё впереди.
А пока небольшая фотоподборка от участников экспедиции про то, как они проводили эксперимент.
Загружать датчики пришлось через боковое отверстие.
Вторая серия датчиков.
Пластинки детектора.
Датчик малый. Пришлось обернуть его пленкой, чтобы не проржавел — вокруг вода.
Датчик большой.
Извлечь датчики помогли сотрудники МЧС.
За фото спасибо Наталье Окатьевой (ФИАН), Сергею Гнускову (НИТУ «МИСиС»), РоСМУ, Ричарду Лозину, Александру Головко и СМИ города Березники.
Автор: Сергей Ивашко
