Ученые - школьникам

О солнечных нейтрино и детской литературе

На международной ярмарке литературы "Non/fictioN Весна - 2024" прошла презентация книги "Солнечное нейтрино" заместителя директора Лаборатории ядерных проблем по научной работе, руководителя Нейтринной программы ОИЯИ, доктора физико-математических наук Дмитрия НАУМОВА. Книга посвящена увлекательной истории происхождения Солнца и планет, а также рассматривает одну из самых загадочных частиц во Вселенной - нейтрино.

Солнечные нейтрино - это чрезвычайно легкие и слабо взаимодействующие частицы, которые образуются в результате термоядерных реакций в ядре Солнца. Эти реакции, в которых водород превращается в гелий, являются источником солнечной энергии. Нейтрино почти не взаимодействуют с веществом, что позволяет им беспрепятственно покидать солнечное ядро и достигать Земли за считанные минуты.

Книга вошла в топ-лист ярмарки в категории "Десять лучших познавательных детских книг российских авторов". О том, легко ли ученому писать для детей, мы поговорили с автором Дмитрием Наумовым.

Дмитрий Вадимович, о чем ваша книга? Какие вопросы ставит? Какая часть вашей работы нашла отражение в книге?

- В центре внимания - проверка гипотезы о механизме генерации солнечной энергии, в которой ключевую роль играют солнечные нейтрино. Исследование солнечных нейтрино выявило неожиданное несоответствие между ожидаемым и фактическим количеством этих частиц, что привело к появлению так называемой "загадки солнечных нейтрино". Этот вопрос волновал научное сообщество на протяжении четырех десятилетий и был успешно разрешен благодаря международным усилиям, в том числе с участием дубненских ученых. Например, Олег Юрьевич Смирнов из Лаборатории ядерных проблем в рамках коллаборации Borexino внес заметный вклад в решение этой загадки и в этом году представляет к защите свою работу на соискание степени доктора физико-математических наук.

Хотя я лично почти не принимал участия в разгадывании этой загадки, я с большим интересом изучал и описывал вклад замечательных ученых, которые работали над этой проблемой. Моя собственная научная деятельность тесно связана с темами, затронутыми в книге, что позволило мне глубоко погрузиться в контекст и дать юному читателю всестороннее и понятное объяснение тонкостей работы в области астрофизики и физики частиц.

Что даст человечеству изучение солнечных нейтрино?

- Это имеет огромное значение для человечества, и тому множество причин.

Например, нейтрино помогли подтвердить, что основной источник энергии Солнца - это термоядерные реакции. Это ключевой элемент понимания работы звезд и механизмов генерации энергии во Вселенной.

Также наблюдения солнечных нейтрино позволили ученым выяснить, что нейтрино обладают массой, хотя и очень малой. Это открытие стало сенсационным, потому что до этого считалось, что масса нейтрино равна нулю.

Исследования показали, что нейтрино способны превращаться из одного типа в другой на своем пути к Земле. Это явление, известное как нейтринные осцилляции, указывает на то, что разные типы нейтрино имеют различную массу и могут взаимодействовать с веществом по-разному.

Осцилляции нейтрино дают уникальную возможность исследовать новые аспекты фундаментальных взаимодействий, которые не описываются текущей теоретической моделью физики элементарных частиц.

Хотя это и находится на горизонте будущего, понимание нейтрино может привести к разработке новых технологий, основанных на уникальных свойствах этих частиц, например в областях детектирования и коммуникации.

Таким образом, изучение солнечных нейтрино не только расширяет наши знания о Вселенной, но и открывает перспективные направления для дальнейших исследований и потенциальных технологических прорывов.

Расскажите, как ученые ловят солнечные нейтрино?

- Регистрация солнечных нейтрино - это сложная задача из-за их крайне слабого взаимодействия с материей. Несмотря на то что каждую секунду через каждый квадратный сантиметр Земли проходят миллиарды нейтрино, обнаружить их чрезвычайно трудно. Для этого используются специализированные нейтринные детекторы, которые часто располагают в местах, защищенных от других видов излучения, например в подземных лабораториях или даже внутри гор, чтобы минимизировать фоновые помехи от космических лучей и других источников излучения. Вот несколько методов, используемых для обнаружения солнечных нейтрино:

Сцинтилляционные детекторы. В этих установках нейтрино взаимодействуют с веществом, вызывая мгновенные вспышки света - сцинтилляции. Эти вспышки затем регистрируются чувствительными детекторами. Пример такого детектора - эксперимент Borexino в Италии.

Детекторы на основе черенковского излучения. Когда частицы, такие как нейтрино, движутся через прозрачную среду, например воду, со скоростью, превышающей скорость света в этой среде, они излучают черенковское излучение. Это излучение можно зарегистрировать с помощью фотоумножителей. Один из самых известных таких детекторов - Super-Kamiokande в Японии.

Радиохимические детекторы. Эти детекторы используют превращение одних ядер в другие под действием нейтрино. Например, в эксперименте с детектором Homestake нейтрино взаимодействовали с атомами хлора, превращая их в атомы аргона, количество которых затем измеряли.

В каждом из этих методов ключевым является уменьшение фонового излучения и увеличение чувствительности детекторов, чтобы максимально эффективно регистрировать редкие события взаимодействия нейтрино с веществом. Эти технологии позволяют ученым собирать важные данные о солнечных нейтрино и использовать их для изучения как солнечных процессов, так и фундаментальных свойств этой частицы.

Как пришла идея написать книгу для детей? Это ваш первый опыт написания книги для детской аудитории. Считаете ли его успешным?

- Идея написать книгу для детей возникла неожиданно: летом 2021 года редакция "Аванта" издательства АСТ предложила мне написать книгу в рамках серии "Большая наука детям". Хотя до этого я не имел опыта в написании книг для детской аудитории, регулярные лекции для широкого круга слушателей, включая школьников, позволили мне почувствовать уверенность в принятии этого вызова.

Тему книги я выбрал, опираясь на необходимость наличия захватывающего сюжета с элементами драматизма и позитивным финалом. История солнечных нейтрино, охватывающая четыре десятилетия напряженных исследований, представлялась идеальной для такого формата. Этот рассказ не только увлекателен, но и обучает, открывая перед юными читателями двери в удивительный мир научных открытий.

Относительно успешности проекта, мне кажется, лучшую оценку могут дать сами читатели. По первым откликам, книга вызывает интерес и положительные эмоции у аудитории, что заставляет меня думать о продолжении работы в этом направлении. Осознание того, что моя работа помогает молодому поколению открывать для себя науку, делает этот опыт для меня значимым и, надеюсь, успешным.

Легко ли писать для детей? В чем особенность этой аудитории? Как нужно рассказывать детям о науке?

- Написание для детей - это большой вызов. Это задача гораздо сложнее, чем проведение научного семинара для коллег, так как детская аудитория требует особого подхода. Необходимо использовать доступный язык, подходящие образы и метафоры, а также тщательно выбирать материал для изложения, сохраняя при этом честность в подаче информации. Несмотря на кажущуюся простоту, лекции для детей требуют более глубокой подготовки и продумывания.

Когда я начал писать свою книгу, я задумался о том, как именно буду это делать. Вспомнив книги, которые мне нравились в детстве, и те, что вызывали отторжение, я осознал, что мне не нравилось, когда со мной общались, как с непонимающим ребенком. В то же время я мог в уме играть в шахматы с несколькими соперниками одновременно, не глядя на доску и просчитывая десятки ходов наперед. С такой задачей не могли справиться многие взрослые. Этот опыт научил меня уважать собеседника, независимо от его возраста. В своей книге я стремлюсь говорить с читателями на равных, используя простой и понятный язык.

В книге есть иллюстрации, которые помогают лучше воспринимать и понимать научные идеи. Концепции всех рисунков были разработаны мной в сотрудничестве с редактором Дмитрием Калининым и художественным редактором Екатериной Гордеевой. Их великолепно воплотил в жизнь талантливый художник Александр Ненашев. Многие иллюстрации выполнены в юмористическом и парадоксальном стилях, что позволяет с разных сторон подходить к изложению идей, увеличивая шансы на то, что каждый читатель найдет что-то для себя.

Много человек было задействовано при подготовке книги? Как долго готовили книгу?

- Летом 2021 года я начал писать книгу, но из-за большой загруженности на основной работе завершил текст только к декабрю того же года. В процессе написания мне помогали мои рецензенты: отец Вадим Александрович Наумов, выдающийся физик-теоретик (ЛТФ - прим. ред.), моя жена Елена Александровна Наумова (ЛЯП - прим. ред.), а также друзья: выдающийся ученый и популяризатор науки Игорь Пьерович Иванов и эксперт по солнечным нейтрино Олег Юрьевич Смирнов (ЛЯП - прим. ред.). Мой аспирант Владимир Аллахвердян проверил работу над аналогиями и всеми числами, упоминаемыми в книге. Литературный редактор Наташа Мазарская тщательно отредактировала весь текст. Всем им я бесконечно благодарен за вклад, благодаря которому качество материала, изложенного в книге, значительно выросло.

Следующие два года мы работали над иллюстрациями к книге. В этом процессе огромную роль сыграли редактор Дмитрий Калинин, художественный редактор Екатерина Гордеева и художник Александр Ненашев. Благодаря их талантливой и самоотверженной работе книга получилась именно такой, какой вы ее видите сейчас. Также я благодарен другим сотрудникам редакции "Аванта" и издательства АСТ за ценный вклад в издание книги.

Есть ли в планах написание других детских книг?

- Да, у меня действительно есть планы по написанию других детских книг. В процессе работы над текущей книгой текста накопилось столько, что его пришлось разделить на три части. Сейчас у меня уже готовы к доработке две книги. Кроме того, в процессе написания возникло множество новых идей для будущих произведений. Надеюсь найти время на новые книги, чтобы это не мешало основной работе.

Расскажите, над какими проектами сейчас работаете?

- В настоящее время я занимаюсь рядом проектов в рамках своей должности заместителя директора ЛЯП ОИЯИ. Мои основные обязанности включают руководство Нейтринной программой Института. Как ученый, я активно участвую в проектах Baikal-GVD, где руковожу группой по разработке программы моделирования эксперимента, и JUNO, который вступает в строй в этом году. Кроме того, я преподаю и работаю с аспирантами и студентами, веду подготовку научных кадров. Также я подготовил обширный учебник по квантовой теории для экспериментаторов, который насчитывает более 500 страниц. В данный момент я занимаюсь его редактированием и планирую опубликовать в этом году. В дополнение к этому, пишу научные статьи, есть планы на написание научных книг и учебников.

Материал подготовила Ксения МОРУНОВА,
фото Дарьи КОНОВОЙ