Золотоносная шахта Homestake в городке Лид (Lead) была закрыта в 2001 году после 125 лет работы. Тонны поднятой руды и раскрошенных скал оставили после себя многокилометровую сеть штолен и горизонтов. Насосы, откачивающие воду, были остановлены, а затопленную шахту опечатали.

В 2007-м целое содружество ряда американских университетов и ведущих национальных лабораторий под эгидой (и с подачи) Национального научного фонда (NSF) решили вернуть шахту к жизни в облике научного комплекса.

Шахтёрский поселок, под которым и раскинулись многочисленные ходы Homestake. Видна также открытая выработка, впрочем, не столь глубокая, как сама шахта, упрощённую схему которой вы также тут видите (фото и иллюстрация Sanford Underground Laboratory at Homestake и с сайта lbl.gov).

Так родился проект Deep Underground Science and Engineering Lab (DUSEL) — фактически целая сеть различного рода лабораторий, в которых будут работать специалисты из нескольких университетов. Официально открытая вчера Sanford Underground Laboratory at Homestake — лишь его часть, добравшаяся до реализации первой.

Кстати, исследования здесь проводились и раньше. Так, в 1960-х американский физик Рэй Дэвис (Raymond Davis) при помощи огромного детектора, смонтированного в пещере на уровне 4850 футов, впервые поймал солнечные нейтрино (Homestake Experiment).

Вверху слева: Рэй Дэвис проверяет нейтринный детектор. 1965 год. Внизу: продолжатели дела Дэвиса осваиваются на отметке 4850 футов (фотографии Sanford Underground Laboratory at Homestake, Bill Harlan/SDSTA).

Опыт, продолжавшийся вообще-то десятилетия (до середины 90-х), привёл учёных к открытию осцилляций нейтрино на их пути между Солнцем и Землёй. За эту работу Дэвис, вместе с двумя другими учёными, получил Нобелевку по физике в 2002 году.

Но с тех пор много воды утекло. Воду и потребовалось откачивать в первую очередь. Только недавно уровень её был опущен ниже отметки 4850 (сейчас она плещется примерно в 5000 футах ниже поверхности Земли), и в открывшихся старых туннелях закипела работа по обустройству исследовательского комплекса.

Пока ещё во многих частях шахты царит жуткая обстановка, но постепенно сюда вернётся жизнь (фотографии Jack Stratton, Bill Harlan/SDSTA).

Первым тут должен быть возведён детектор Large Underground Xenon — LUX.

С его помощью физики надеются поймать частицы тёмной материи, играющей колоссальную роль в эволюции Вселенной (скажем, без неё вряд ли образовались бы галактики).

Установка LUX, её размещение и собственно детектор (на врезке) (иллюстрации Sanford Underground Laboratory at Homestake).

Глубины шахты Homestake подходят для него идеально, поскольку толща скал хорошо экранирует космические лучи, способные напрочь заглушить сверхчувствительные датчики.

Последние должны уловить результат крайне редкого и слабого (и притом пока ещё гипотетического) столкновения пролетающих частиц Wimp (это и есть кандидат на частицу тёмной материи) с 300 килограммами жидкого ксенона.

Материал, который втрое плотнее воды, находящийся к тому же при температуре почти -110 градусов Цельсия, должен, по замыслу авторов опыта, повысить вероятность взаимодействия обычного вещества с Wimp.

Шахтёры в 1950-х, учёные в 1960-х, снова шахтёры, вода, вода, вода, и опять учёные, уже в наши дни – история шахты богата на повороты (фотографии Sanford Underground Laboratory at Homestake, Bill Harlan/SDSTA).

Новый детектор будет в 100 раз более чувствителен, чем установки, на которых пробовали поймать Wimp раньше, — поясняют учёные. LUX разместят в той самой "пещере Дэвиса", где когда-то стояла историческая установка, уловившая нейтрино от Солнца. Начнёт работу LUX примерно через год.

Перспектива поимки тёмной матери радует. Но гораздо интенсивнее тут пойдёт работа, если Конгресс и Белый дом утвердят дальнейшее финансирование проекта DUSEL (всего он оценивается в $550 миллионов).

Церемония "номинального" открытия лаборатории прошла прямо на месте будущего комплекса – на глубине 4850 футов. Но пока тут мало что можно увидеть интересного – рабочие ещё продолжают укреплять стены, прокладывают силовые кабели и решают прочие инженерные задачи. Внизу: "Золота, возможно, здесь больше нет, по крайней мере в извлекаемых объёмах. Но я думаю, здесь есть ещё Нобелевские премии", – пошутил губернатор штата на открытии лаборатории (фотографии Sanford Underground Laboratory at Homestake, AP/Steve McEnroe).

Ведь лабиринт Homestake на отметке 4850 не заканчивается – иначе какой был бы это рекорд? Те же нейтринные обсерватории в ряде стран мира могут похвастать глубинами в 1,6-2 км (пример — установка SNO, построенная в Канаде при участии США и Британии).

Но дело в том, что нижняя точка этой шахты лежит на уровне 8000 футов (2438 метров) под поверхностью Земли!

Предполагается, что более глубокие лаборатории в Homestake начнут строить в 2012-м, а откроют в 2016 году.

Общая схема комплекса DUSEL (иллюстрация Zina Deretsky, National Science Foundation).

В целом DUSEL должна послужить базой для экспериментов не только астрофизических (поиск частиц тёмной материи — их часть), но также геологии, гидрологии, биологии, физики, биохимии, геоинженерии и в других областях.

К примеру, биологи будут искать тут бактерии-экстремофилы, подобные тем, что процветают в золотоносной шахте в ЮАР, а инженеры будут экспериментировать с технологиями постройки "глубоких" подземных фабрик, предназначенных для создания сверхчистых материалов.

Причём аппаратура в туннелях DUSEL должна быть размещена на разных уровнях — от совсем небольших глубин (всего-то в несколько метров) и до самого нижнего горизонта этого исполинского комплекса.

Помимо того же детектора частиц тёмной материи под Чёрными холмами появятся нейтринные детекторы, а ещё — установки, которые попробуют уловить совсем уж "иллюзорные" события, такие как распад протона или безнейтринный двойной бета-распад.

В последующие десятилетия эта лаборатория должна стать одной из крупнейших исследовательских площадок такого рода в мире. И будет оставаться таковой, видимо, до тех пор пока добывающая отрасль не освободит какую-нибудь ещё выпотрошенную дочиста шахту.