По следам первопроходцев

Первое наблюдение дибарионного резонанса

Из письма в редакцию. Посылаю вам небольшую статью, что-то вроде "по следам первопроходцев". Хочу привлечь внимание к одному из наиболее ярких результатов, полученных в Дубне. Это одна из работ, выполненных под руководством М.Г.Мещерякова еще в 50-х годах, но по ряду причин не получившая в нашем Институте должной оценки. Конечно, одна из причин - то, что Михаил Григорьевич не подал этот результат в Госкомитет по открытиям, хотя по значимости он более весом, чем многие исследования, получившие, тем не менее, государственный статус открытия.

В.И.Комаров

В декабре 1954 года М.Г.Мещеряков и Б.С.Неганов направили для публикации результаты исследования на синхроциклотроне генерации пионов в протон-протонных соударениях с образованием дейтрона. Обнаружилось, что сечение реакции в области 510-660 МэВ возрастало с увеличением энергии медленнее, чем наблюдалось при энергии вблизи 460 МэВ. Более того, оно перестало возрастать вблизи 600 МэВ и даже немного упало после 620 МэВ. Авторы констатировали, что интенсивность реакции "достигает ясно выраженного максимума при энергии пионов примерно 130 МэВ, после чего убывает". Интригующее поведение сечения за обнаруженным максимумом было невозможно измерить, так как наибольшая доступная энергия ускорителя составляла 660 МэВ. И тогда оригинальное решение задачи нашел Борис Степанович Неганов, предложив измерять сечение обратного по времени процесса - дипротонного развала дейтрона пионами. При этом предлагалось использовать пионный пучок, создаваемый протонами на сложных ядрах. Вследствие внутриядерного движения нуклонов такой пучок достигает более высоких энергий, чем при соударении с протонами и, следовательно, можно продвинуться по энергии для исследования интересующего процесса. Измерения, проведенные Б.С.Негановым совместно с Л.Б.Парфеновым, показали быстрое падение сечения реакции после максимума, и этот результат, совместно с ранее полученными данными, обнаружил красивую резонансную кривую с максимумом при 621 МэВ и шириной на полувысоте 310 МэВ.

Так в 1955-1957 годах было открыто резонансное поведение протон-протонного взаимодействия. Оно было именно открыто, поскольку никакие другие уже имевшиеся данные не указывали на такой результат. Конечно, не всякое первое наблюдение какого-либо феномена заслуживает признания его открытием. Для этого нужна еще его высокая значимость. И такая исключительно высокая значимость проявилась сразу же. Физик Бирмингемского университета С.Мандельштам уже в сентябре 1957 года опубликовал феноменологическую модель рождения пионов в нуклон-нуклонных соударениях, основанную на результатах дубненских физиков и сделанном ранее открытии первого пион-нуклонного резонанса дельта-1232. Эта модель сразу же легла в основу практически всех теоретических исследований пион-нуклонных и пион-ядерных взаимодействий при промежуточных энергиях. Эксперименты Мещерякова-Неганова получили всеобщее признание и цитировались в течение нескольких десятилетий, несмотря на традиционно сдержанное отношение западных ученых к результатам советских физиков.

Определяющим положением модели Мандельштама являлась решающая роль промежуточного дельта-нуклонного состояния. Такая роль видна уже из того, что масса протон-протонного резонанса 2160 МэВ всего на десяток МэВ ниже суммы масс дельта-изобары и нуклона за счет энергии их взаимного притяжения. Это обстоятельство отразилось в широко распространившемся понимании протон-протонного резонанса как почти тривиальной пары дельта-изобары и нуклона. Однако парциально-волновой анализ американской группы Р.Арндта показал, что этот резонанс удовлетворяет строгим требованиям, предъявляемым к истинным резонансам, а вычисления на основе мезон-барионного подхода, сделанные А.Галом и Х.Гарсилазо уже в наше время, показали, что детальное описание резонансной пары дельта-нуклон требует сложного учета взаимодействия в связанных каналах.

Протон-протонный резонанс отнюдь не является тривиальной парой почти не взаимодействующих барионов. Это подтверждается и в подходе квантовой хромодинамики (КХД). Действительно, уже в 1964 году, когда только сформировались понятия мезон-барионной унитарной симметрии, физиками Калифорнийского университета Ф.Дайсоном и Н.Ксонгом была предложена классификация дибарионных состояний, основанная на КХД теории сильновзаимодействующих частиц. В этой классификации дейтрон занимал позицию основного состояния мультиплета, а первым возбужденным состоянием предсказывался резонанс нуклона и дельта-изобары. В качестве такого состояния авторы приняли резонанс, найденный дубненскими физиками. Приняв его параметры, Дайсон и Ксонг предсказали энергию еще одного дибариона своей классификации, который был открыт сотрудничеством WAZA@COSY только в 2011 году. В 2018 году то же сотрудничество обнаружило спин-изоспиновый партнер дубненского дибарионного резонанса, также входящий в классификацию Дайсона-Ксонга.

Значительная роль дибарионных резонансов в ядерной физике начинает осознаваться только в последнее время. Так, работами теоретиков НИИЯФ МГУ под руководством В.И.Кукулина успешно развивается концепция ядерных взаимодействий, в которой дибарионные резонансы, в том числе и дубненский, играют ключевую роль.

Резюмируя, можно утверждать, что открытие протон-протонного резонанса, сделанное на синхроциклотроне Мещеряковым и Негановым, оказалось исключительно важным стимулом в развитии представлений о мезон-барионных взаимодействиях в энергетической области непертурбативной КХД. Можно добавить еще, что значение этого открытия, оставившего яркий след в истории ядерной физики XX века, всегда осознавалось нами неоправданно скромным. А между тем, открытие первого дибарионного резонанса безусловно является одним из важнейших результатов, полученных на дубненских ускорителях.

Об авторе. Владимир Иванович Комаров - доктор физико-математических наук. Работает в Лаборатории ядерных проблем имени В.П.Джелепова в должности главного научного сотрудника. Публикуемый материал в какой-то мере примыкает к циклу статей В.И.Комарова, посвященных 70-летию пуска синхроциклотрона (см. еженедельник "Дубна", 2019, №№ 47, 48, 49).