Конференции

ISINN-22: научные результаты, давние традиции, рекорды участия

Международный семинар по взаимодействию нейтронов с ядрами ISINN прошел в Дубне после двухлетнего перерыва на Алушту в 22-й раз. Это совещание привлекает год от года все больше ученых. В этот раз в нем участвовало более 120 человек из 18 стран - своеобразный рекорд совещания. Если физики из европейских государств, США и Кореи - традиционные участники, то представителей Алжира, Индии, Ирана, ЮАР и Вьетнама встретишь на нем не часто. Россия представлена почти традиционно - ФЭИ (Обнинск), ПИЯФ (Гатчина), "Курчатовский институт" и ИТЭФ (Москва), госуниверситеты Тулы, Калининграда, Иваново. В совещании активно участвовали сотрудники ОИЯИ из ЛНФ, ЛЯР, ЛЯП и ЛФВЭ.

Что такое ISINN вообще и в чем отличия нынешнего, рассказал во вступительном слове директор ЛНФ, сопредседатель оргкомитета совещания В.Н.Швецов: Традиция ежегодных ISINN выросла из всесоюзных совещаний, проводившихся в ЛНФ до конца 1980-х. Первое международное совещание ISINN-1 1993 года было посвящено нарушению пространственно-временной четности во взаимодействиях нейтронов с ядрами. Оно было организовано совместно с TRIANGL и LANL, США. Проблема нарушения симметрии фундаментальных взаимодействий до сих пор не нашла своего окончательного решения, хотя она напрямую связана с основополагающими вопросами мироздания - образованием Вселенной во время Большого взрыва, барионной асимметрией Вселенной и другими. Последующие совещания проводились ежегодно и, как правило, в Дубне.

Тематика совещания очень широкая - от фундаментальных проблем, о которых я уже сказал, до прикладных аспектов нейтронной физики, таких как нейтронный активационный анализ, трансмутация радиоактивных отходов и различные методические вопросы проведения экспериментов. Наши коллеги, видя, каких усилий нам стоит организовать совещание, особенно в 1990-е годы, неоднократно предлагали сменить его формат и проводить раз в два года: "И мы не успеваем новые результаты наработать, и вам легче будет". Но оргкомитет, в котором я участвую, наверное, с пятого или шестого совещания, сначала как ученый секретарь, потом как сопредседатель, - решил сохранить ежегодный формат. Для нас это место встречи физиков, которые даже могут не докладывать готовые, оформленные результаты, это площадка, где можно встретиться и обменяться новостями, показать свои результаты, пусть еще предварительные, выслушать дружеский совет, иногда и критические замечания. Физика не может развиваться без нормального общения. При личной встрече это происходит гораздо эффективнее, чем по переписке.

Первым в программе конференции стоял доклад "Новое по эксперименту ILL/qBounce" П.Гельтенборта (Франция), старожила ISINN - он пропустил только одно из двадцати двух совещаний: Я рассказал об исследованиях рассеяния нейтронов и других реакций, вызываемых нейтронами, которые проводятся в Институте Лауэ - Ланжевена (ILL), - одном из выдающихся мировых ядерных центров. Первой целью моего доклада было показать коллегам из Дубны, с которыми мы давно сотрудничаем, какие улучшения проведены на нашем высокопоточном источнике тепловых нейтронов за последнее время. К сожалению, несколько лет назад Россия вышла из членства в ILL. Несмотря на это, мы ценим российских ученых и коллег из ОИЯИ, поскольку они всегда делают работы очень высокого качества, и рады сотрудничеству. Вторая задача моего доклада - представить научные аргументы, чтобы убедить высокое руководство в том, что Россию ценят и надеются на ее возвращение в ILL в качестве полноправного члена. Мы делаем все, что возможно для создания взаимовыгодного сотрудничества, но принятие решений о членстве - область политики, к которой мы не имеем прямого отношения. Вторая часть доклада была посвящена физике ультрахолодных нейтронов (УХН) - моей области исследований. На ISINN я встретился со своими давними друзьями из Дубны - А.В.Стрелковым, В.И.Лущиковым, Ю.Н.Покотиловским и физиком из США Р.Голубом. Для меня очень большое удовольствие возвращаться сюда, встречаться с коллегами, которых давно знаешь и уважаешь, с настоящими друзьями.

Вторым докладчиком на совещании стал Роберт Голуб из США - легенда в физике УХН, автор одной из лучших монографий по этой тематике. Он впервые участвует в ISINN вместе со своей супругой Екатериной Коробкиной, которая начинала свой научный путь в Москве, в Институте теоретической и экспериментальной физики.

Р.Г.: Когда я еще сам был аспирантом Массачусетского технологического института, я специально выучил русский язык, чтобы читать и переводить коллегам статьи советских физиков по УХН. И приехал впервые в 1972 году в Дубну, где УХН открыли, познакомился лично с группой в ЛНФ, занимавшейся этим направлением, - А.В.Стрелковым, Ю.Н.Покотиловским, В.К.Игнатовичем и А.И.Франком, тогда еще сотрудником "Курчатовского института".

А главным проектом всей моей жизни стал поиск электрического дипольного момента нейтрона (ЭДМ). Зачем это нужно? Это позволит понять устройство Вселенной, в частности, почему в ней материи больше, чем антиматерии. Проект предполагает использование УХН, которые хранятся в ловушке и случайным образом отражаются от стен, напоминая броуновское движение молекул. Мой доклад на совещании так и назывался "Изучение случайного движения". Я пытаюсь развить новый способ описания случайного движения - там молекулы, здесь нейтроны. Он поможет оценить систематическую ошибку, а это главный вопрос в проблеме электрического дипольного момента нейтрона.

Е.К.: Я строю источник УХН с метановым предзамедлителем. Метан имеет особенность взрываться в результате воздействия радиации, а в ЛНФ изучали его свойства. Сейчас мало российских физиков приезжает в США, здесь же можно узнать последние новости, пообщаться с коллегами, здесь хорошо обсуждать свои вопросы. Правда, в Дубне сегодня никто не занимается проблемой ЭДМ, это очень дорогостоящий проект. Есть специалисты в ПИЯФ, но в этот раз они, к сожалению, не участвуют в ISINN. Зато участвуют коллеги из швейцарского Института Пауля Шерера, можно пообщаться с ними.

Р.Г.: Да, новый проект измерения ЭДМ очень большой - в нем участвуют около 20 университетов и лабораторий из разных стран. Он идет уже семь лет, двигается медленно, возникает немало сложных инженерных задач, сложных на грани невозможного. Через четыре года начнем испытание основного аппарата. А всего для получения запланированного результата потребуется лет двадцать.

- Это вообще самый сложный эксперимент в низкоэнергетической физике, - добавляет Ю.Н.Покотиловский, включившийся в нашу беседу.

Е.К.: Роберт придумал идею аппарата, где мы будем изучать систематический эффект, хаотическое движение нейтронов. Сейчас появляются новые технологии, полимеры, можно использовать 3D-принтер. Мы, например, на нем напечатали часть магнита.

Пионерская работа Р.Голуба об уникальных возможностях использования в физике УХН жидкого гелия была творчески развита в совместной работе экспериментаторов ЛНФ и ILL. О первых результатах по проекту "Гелиевый источник УХН на внешнем пучке тепловых нейтронов" сделал доклад один из авторов работы Е.В.Лычагин (ЛНФ): Мы предложили реализовать идею гелиевого источника УХН несколько неожиданным способом: не использовать источник холодных нейтронов, расположенный около активной зоны реактора, а создать поток холодных нейтронов вне реактора. В этом случае и криогенные температуры надо формировать не внутри реактора. Пучок тепловых нейтронов охлаждается в полости из твердого метана при низкой температуре. Внутри этой полости должен быть помещен сверхтекучий гелий для получения УХН. Такой подход можно использовать на тех реакторах, где совсем нет источников холодных нейтронов или они востребованы физиками для исследований конденсированных сред. Идея совместная, родилась в обсуждениях в группе А.В.Стрелкова при участии В.Несвижевского (ILL). Идею мы проверили, провели эксперимент на ИБР-2, измерив, насколько эффективно тепловые нейтроны замедляются внутри метановой полости. В докладе я показал, что эксперимент подтверждает наши оценки производительности такого источника.

Мы надеемся, что если эта идея окажется продуктивной, то сможем реализовать такой источник на реакторе ПИК в Гатчине. При этом можно будет достигнуть плотности УХН порядка 10⁵ нейтронов на куб. см, что на три порядка выше, чем дает современный источник в ILL. Пока это только идея, для реализации потребуется 2-3 года на дополнительные исследования.

Коллегу дополняет В.Несвижевский (Франция): Работа, которую выполнили ребята, очень важна, поскольку обычно источники УХН делают другим способом. Они поставили конвертер УХН снаружи реактора, а не внутри, как все делали раньше. Ставить внутри реактора опаснее, дороже. Внутри что-то обязательно сломается, чинить сложно, а снаружи всегда есть доступ. Для получения УХН стандартным способом в реактор вставляют очень холодный замедлитель нейтронов и дополнительно - конвертер (замедлитель для производства УХН) из твердого дейтерия или другого подходящего вещества. А можно тепловые нейтроны, произведенные внутри реактора, "охлаждать" уже снаружи. Проведенный на ИБР-2 эксперимент показал, что все предварительные оценки спектра и интенсивности холодных нейтронов, необходимых для производства УХН в сверхтекучем гелии, совершенно реалистичны. Таким образом можно получить плотность УХН на порядки выше существующих сейчас плотностей и потоков. По крайней мере, на трех источниках, где имеются наиболее интенсивные потоки нейтронов, - в ILL и планирующихся ESS (Швеция) и ПИК (Гатчина) серьезно обсуждается возможность строительства источника такого типа.

В подобных экспериментах реализуются все сильные стороны дубненской команды. Продемонстрированная работа - не очередная из списка, а некая качественная ступенька. Хотя она и основывается на известных технологиях, но реализована может быть только профессионалами самого высокого класса в этой области, к которым и относятся А.В.Стрелков, Е.В.Лычагин, А.Ю.Музычка, Е.П.Шабалин, Г.В.Нехаев.

Сам В.Несвижевский, к слову сказать, тоже один из "ветеранов" ISINN, представил доклад, в котором методы нейтронной физики сверхнизких энергий (~10^-9 эВ) оказываются востребованы в фундаментальной физике высоких энергий: Чем я полюбил заниматься с самого начала, как пришел работать еще в ПИЯФ (Гатчина), - так это ультрахолодные нейтроны, которые открыты были, кстати, в Дубне. У них много очень интересных свойств, которые можно использовать для разных целей. Этим я и занимался до последнего времени. И вот совсем недавно один наш коллаборант, Алексей Воронин понял, что атомы антиматерии, если они достаточно холодные, ведут себя точно так же как УХН. Они так же отражаются от поверхностей, подскакивают на 10-30 см, их так же можно хранить в ловушках. Недавно в Институте Лауэ - Ланжевена мы начали подготовку к экспериментам с атомами антиматерии, которые очень похожи на то, чем мы всю жизнь занимаемся с УХН. Но для проведения экспериментов с антиматерией есть еще несколько причин. Никто никогда экспериментально не измерял напрямую, как антиматерия ведет себя в гравитационном поле. Атом антиматерии антиводород - почти такой же, как и атом водорода, но вместо электрона у него позитрон, а вместо протона антипротон. Из косвенных соображений можно предположить, что атом антиводорода должен падать в гравитационном поле точно так же, как и атом водорода. Но это строго не вытекает ни из каких теоретических предположений и пока не следует из эксперимента. Более того, если это вдруг окажется не так, а процентов 30 теоретиков говорят, что это будет не так, то приведет к очень серьезным последствиям и в физике элементарных частиц, и в космологии.

Итак, есть простой, довольно дешевый эксперимент, который может быть сделан относительно небольшой группой людей. Такой эксперимент будет проведен в ЦЕРН. Почему там? Для его проведения требуется много атомов антиводорода, а довольно большое количество атомов антиматерии можно получить только на больших ускорителях. И сегодня самые большие плотности антиматерии достигаются в ЦЕРН. Не так давно там впервые удалось атомы антиводорода не только получить, но и захватить в ловушку и продолжительное время удерживать. Кстати, нашумевший фильм "Ангелы и демоны" по роману Дэна Брауна основан на том, что атомы антиводорода можно захватить в ловушку и как-то ими манипулировать.

Можно посмотреть, куда такие "антиатомы" (со скоростями несколько метров в секунду или даже меньше) будут падать, вниз или вверх. Это идея недавно принятого официально в ЦЕРН эксперимента, в котором участвуют ученые из Франции, России (ФИ РАН), Японии, Великобритании и еще нескольких стран. Мы его сейчас готовим и через 3-4 года планируем провести. Такое время требуется на развитие методик получения достаточного количества антиатомов. Наш эксперимент основан на известных методах, в нем много составляющих, но каждая из них - это произведение искусства, требующее доведения параметров до предела. Собственно, об этом - мой доклад на совещании. В нашей коллаборации работают самые хорошие специалисты в этих областях, мы настроены оптимистично.

В ЦЕРН для нас уже практически построен замедлитель антипротонов, в котором пучок охлаждается до минимальной температуры, чтобы потом получить холодный антиводород. Сама ловушка уже существует, но для того чтобы все это вместе заработало, нужно некоторое время. Сами гравитационные измерения будут проводиться еще, наверное, два года. Особенность данного эксперимента в его беспрецедентной дешевизне по сравнению с любым церновским экспериментом, поскольку он выполняется группой из нескольких человек на очень простом экспериментальном оборудовании, а результаты - фундаментально интересные.

Что касается ISINN, то люди, которые сюда приезжают, - меняются, но качество совещания не снижается, потому что оно не связано с одним-двумя конкретными людьми, а есть здесь хорошая школа, преемственность, и интерес в мире к этой области физики всегда будет сохраняться.

Большой интерес участников вызвал доклад Ф.Шмидта-Веленбурга (Швейцария): Я рассказал о нашем эксперименте в Институте Пауля Шерера, в котором мы пытаемся обнаружить ЭДМ, - очень важный момент для объяснения свойств рождения Вселенной. Сегодня пока не понятно, почему во Вселенной преобладает материя, и не обнаружено больших областей, где бы наблюдалась одна лишь антиматерия. Количество наблюдавшейся антиматерии в 10^-8 раз меньше, чем это следует из расчетов. Если удастся экспериментально обнаружить ЭДМ, то, возможно, объяснится расхождение между теорией и практикой. Эксперимент мы начали проводить в прошлом году, и продлится он до 2017-го. Аналогичные проекты реализуют команда профессора Р.Голуба в США, у россиян - А.Серебров (ПИЯФ), японско-канадская группа, физики в Мюнхене. Между нами есть дружеская конкуренция, часто между группами происходит обмен аспирантами. Все проекты в разных стадиях: мы сейчас единственные, кто проводит измерения, кто-то их еще не начал, а кто-то уже закончил. Сотрудники ПИЯФ свои измерения проводили в ILL (Гренобль), а команда из ILL присоединилась к нам.

Для меня здесь было полезно обсудить некоторые вопросы с коллегами из групп УХН. Из других докладов на совещании я много нового узнал о делении ядер, большое впечатление произвела методика нейтронного активационного анализа - идея использовать для анализа мхи была очень изобретательная.

Ольга ТАРАНТИНА,
перевод Отилии КУЛИКОВ, Юрия КОПАЧА, Ивана РУСКОВА,
фото Елены ПУЗЫНИНОЙ.

(Окончание в следующем номере)