Горизонты научного поиска

Сотрудничество ОИЯИ - ИФВЭ: взгляд через годы

В этом году Институт физики высоких энергий (Протвино) отмечает 60-летие. Он был создан в 1963 г. с целью проведения фундаментальных исследований строения материи и основополагающих сил природы на ускорителе протонов на энергию 70 ГэВ. 7 октября 1963 г. директором Института был назначен профессор Анатолий Алексеевич Логунов, научным руководителем - академик Николай Николаевич Боголюбов. Для развертывания на базе ИФВЭ широкомасштабного международного сотрудничества были заключены соглашения, в том числе с Объединенным институтом ядерных исследований. Мы публикуем фрагменты статьи, написанной в 2008 году советником дирекции ЛФЧ А.Володько и начальником СНЭО С.Сычковым, в которой дан обзор совместных работ.

Огромный вклад в становление ИФВЭ был внесен специалистами ОИЯИ. Еще до запуска ускорителя большая группа ведущих дубненских ученых и высококвалифицированных специалистов - А.А.Логунов, А.Н.Тавхелидзе и другие - перешла на ответственные участки работы в ИФВЭ. Их профессиональные знания, опыт и высокий научный и инженерный авторитет существенно повлияли на ускоренное создание и становление научных и технических коллективов в ИФВЭ.

В январе 1968 года на заседании Комитета полномочных представителей ОИЯИ профессор А.М.Петросьянц сообщил, что советское правительство предоставляет ученым всех стран-участниц возможность работать на новом ускорителе. Было заключено двустороннее соглашение о возможности проведения специалистами ОИЯИ экспериментов на пучках ускорителя У-70, и дирекция Института приняла решение о создании Серпуховского научно-экспериментального отдела (СНЭО). Со своей стороны ОИЯИ обеспечил оснащение производственной базы ИФВЭ первоклассными чехословацкими станками, принял участие в строительстве производственных и жилых зданий.

Вновь созданный отдел должен был действовать оперативно. Уже в апреле 1968 года ОИЯИ поставил эксперимент по изучению рассеяния протонов на протонах и дейтонах на малые углы (руководитель В.А.Никитин). На этой установке впервые в мире была разработана и применена "струйная мишень". В результате всего год спустя после запуска ускорителя физиками ОИЯИ в совместных исследованиях с ИФВЭ были получены первые предварительные сведения о поведении упругого протон-протонного рассеяния в ранее не доступной области энергий.

В этом эксперименте была установлена не известная ранее закономерность изменения радиуса сильного взаимодействия протонов при высоких энергиях, заключающаяся в том, что радиус сильного взаимодействия протонов с протонами при энергиях свыше 10 ГэВ увеличивается при возрастании энергии (открытие №244). Это означает, что с ростом энергии эффективный радиус протона растет, а сам протон становится более прозрачным.

В опытах по измерению упругого рассеяния протонов на дейтроне удалось получить новые сведения о распределении ядерной материи в дейтроне при высоких энергиях. Эти результаты вызвали большой интерес научной общественности и впервые доказали, что фундаментальные принципы теории (причинность, унитарность) не нарушаются вплоть до энергий 70 ГэВ. Работа вошла в цикл исследований по открытию "Серпуховского эффекта" и была отмечена Государственной премией. Необходимо отметить, что этот коллектив вместе со своей мишенью был приглашен для проведения первоочередного эксперимента на суперциклотроне с энергией 400 ГэВ/с в США (Фермилаб).

Вскоре была привезена и смонтирована установка для изучения регенерации на водороде, дейтерии и углероде долгоживущих К^о-мезонов в короткоживущие К^о-мезоны (установка БИС, И.А.Савин, затем БИС-2, М.Ф.Лихачев). На этой установке впервые были проведены систематические исследования асимптотического поведения амплитуд упругого рассеяния вперед нейтральных каонов.

На этой же установке была проведена широкая программа исследований короткоживущих очарованных частиц и поиск новых узких барионных резонансов, распадающихся на странные и обычные частицы. Для обработки огромного объема информации с установки БИС в СНЭО был создан и развит информационно-вычислительный центр, на котором в дальнейшем принималась и обрабатывалась информация всех последующих экспериментов.

М.И.Соловьев - первый руководитель СНЭО, Д.Тувдендорж (Монголия), Е.Канарек (Польша), Х.Семерджиев (Болгария)

Эта программа в последующие годы была продолжена на новой установке ЭКСЧАРМ (В.Д.Кекелидзе), которая специально предназначалась для изучения рождения странных и очарованных частиц в пучке высокоэнергичных нейтронов на специальном канале ускорителя У-70. В итоге впервые были получены новые важные результаты о свойствах рождения и распада этих частиц.

В эти же годы был проведен совместный ОИЯИ - ИФВЭ - США эксперимент по рассеянию π^-- и К^--мезонов на электронах (Э.Н.Цыганов). В этом опыте впервые непосредственно был измерен эффективный радиус (форм-фактор) нестабильных частиц π- и К-мезона, в распадах которых не участвуют нуклоны. Величина форм-фактора оказалась приблизительно такой же, как и у нуклона, при одинаковой энергии налетающих частиц. В эксперименте использовалась оригинальная методика, которая впоследствии была успешно применена в совместных экспериментах на ускорителе в Батавии (США).

Под руководством В.И.Петрухина была создана установка для поиска тяжелых частиц и антиядер, завершившегося открытием антитрития.

Из ОИЯИ в ИФВЭ были перевезены и установлены двухметровая тяжеложидкостная пузырьковая камера для исследования взаимодействия π^--мезонов с протонами и ядрами углерода (руководители М.И.Соловьев и В.Г.Гришин), а также крупнейшая в СССР двухметровая жидководородная камера "Людмила" для изучения р- и p-взаимодействий (И.М.Граменицкий и Н.М.Вирясов). В результате впервые обнаружены новые закономерности в рождении частиц при высоких энергиях.

При изучении свойств антипротон-протонных взаимодействий при импульсе 22,4 ГэВ/с была обнаружена выстроенность спина ρ-мезона, что прямо доказывало наличие поляризации кварков на стадии, предшествующей их соединению в мезон. При использовании трекочувствительной жидкодейтериевой мишени внутри рабочего объема камеры "Людмила" получены данные о свойствах основных характеристик никем ранее не изучавшихся антидейтон-дейтонных столкновений при энергии 12 ГэВ.

С помощью специально созданного и установленного на пучке 40 ГэВ пятиметрового искрового спектрометра (установка МИС-1 и затем МИС-2, А.А.Тяпкин) надежно установлено существование новых нестабильных возбужденных состояний π-мезона, распадающихся на три обычных π-мезона. Масса этих новых частиц составляет 1240 и 1770 МэВ, то есть во много раз превышает массу обычного π-мезона в его основном состоянии.

Обработка огромного (в основном фильмового) экспериментального материала, полученного на этих установках, велась во многих национальных институтах стран-участниц ОИЯИ. Так утвердилась новая форма научно-технического сотрудничества, которую выразительно назвали "физика на расстоянии". Это позволило вовлекать в проведение исследований на переднем рубеже знаний коллективы, которым самостоятельное проведение подобных работ было бы не под силу.

С первых дней работы У-70 было начато изучение поляризационных эффектов в области самых высоких в то время энергий на совместно созданной ОИЯИ и ИФВЭ установке "Проза-Поляриметр" (Ю.М.Казаринов). Важной особенностью этой установки стала разработанная в ОИЯИ под руководством Б.С.Неганова большая поляризованная "замороженная" мишень, которая могла работать в двух вариантах - протонном и дейтронном, что существенно расширяло круг изучаемых явлений поляризации. В результате исследований поляризационных эффектов в зарядовообменных процессах была впервые установлена сложная зависимость поляризации в пион-протонном рассеянии с обменом заряда, получено экспериментальное доказательство важной роли спина при высоких энергиях.

Большая программа совместных ИФВЭ - ОИЯИ исследований гиперзарядовообменных реакций выполнена на установке ГИПЕРОН (Ю.А.Будагов и В.Б.Флягин). Установка была нацелена на изучение динамики процессов с весьма малыми сечениями на основе очень большой статистики. В этом эксперименте, помимо новой научной информации о свойствах гиперзарядовообменных реакций, получены важные сведения о кварковом составе η-мезона и верхней границе вероятности распада короткоживущего нейтрального каона на электрон и позитрон.

Исследование свойств образования и распадов релятивистских позитрониев, образующихся в результате редкого, ранее не наблюдавшегося распада нейтрального π-мезона на фотон и позитроний, было выполнено в эксперименте "Позитроний" (Л.Л.Немёнов). Для регистрации позитрония были разработаны и созданы трехметровые дрейфовые камеры, в которых впервые был применен режим самогасящегося стримерного разряда, предложенный специалистами ОИЯИ.

Ряд важных физических результатов получен в совместных ОИЯИ - ИФВЭ экспериментах по программе СИГМА-АЯКС (Г.В.Мицельмахер). Детально исследован так называемый комптон-эффект на π-мезоне, ранее зарегистрированный лишь для стабильных частиц - протона и электрона. В эксперименте впервые была измерена фундаментальная структурная константа поляризуемости пиона. Параллельно велось также изучение процесса образования пионных пар пионами в кулоновском поле ядер.

Участники совместного эксперимента СИГМА-АЯКС на канале серпуховского ускорителя

Эти исследования дополняют эксперименты по распаду нейтрального пиона и делают возможным прямую проверку как цветной SU(3)-теории, так и гипотезы об аномалиях в киральной теории.

В Дубне был создан и установлен на У-70 "Нейтринный детектор" (С.А.Бунятов) для изучения взаимодействий нейтрино с нуклонами и электронами, а также поиска событий, свидетельствующих об осцилляции нейтрино.

В первые годы работы У-70 ученые ОИЯИ провели ряд поисковых экспериментов, в том числе поиск существования монополя Дирака (В.П.Зрелов), короткоживущих частиц (установка ТАУ, Л.С.Золин), аномально долгоживущих странных частиц (Б.М.Понтекорво), исследование редких и радиационных распадов К^--мезонов (ИСТРА, Б.Ж.Залиханов).

Всего начиная с 1967 года в ИФВЭ было принято и одобрено около 175 предложений экспериментов. Как отмечал академик А.А.Логунов, ученые ОИЯИ подготовили и провели более 50 экспериментов. Это около трети всех экспериментов на ускорителе У-70 и треть времени работы ускорителя на физический эксперимент.

Еженедельник ОИЯИ № 4, 2008 г.
Фото и плакат Ю.ТУМАНОВА

С первых дней работы СНЭО и по май 2006 года бессменным заместителем руководителя отдела был Юрий Григорьевич Баша.

Он участвовал в подготовке и проведении всех экспериментов ОИЯИ на ускорителе У-70 в ИФВЭ, руководил поставками оборудования, монтажом экспериментальных установок, курировал проведение строительных работ, решал инженерно-технические задачи при создании экспериментальных установок. В его обязанности входило также создание оптимальных условий для плодотворной работы экспериментаторов ОИЯИ и сотрудников СНЭО в Протвино - от решения жилищных и бытовых проблем до организации медицинского обслуживания.

В большой степени благодаря его усилиям СНЭО был обеспечен энергоснабжением в трудные годы перестройки. В решении некоторых вопросов жизнеобеспечения отдела опыт Ю.Г.Баши просто незаменим. Он внес неоценимый вклад не только в становление и развитие отдела, но и в расширение сотрудничества между ОИЯИ и ИФВЭ.

Еженедельник № 43, 2008 г.