http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=acba6848-df4b-4576-bc73-af8ab2251a18&print=1© 2024 Российская академия наук
На юбилейной конференции «Вклад Г.И. Будкера и его института в мировую науку» физики обсудили историю и перспективы установок ИЯФ СО РАН.
Директор ИЯФ СО РАН академик Павел Владимирович Логачёв обозначил цель научного форума: «Еще раз, глубоко и нестандартно, посмотрев на наше прошлое, убедиться в правильности того, что мы собираемся делать в будущем… У института должны быть ясные, четкие цели и ориентиры. Как мне кажется, самое важное, к чему нужно стремиться — это браться за те задачи, выполнить которые сегодня кажется невозможным. Малая реалистичность является критерием правильного выбора: по крайней мере, так делал Будкер».
Научный руководитель ИЯФ академик Александр Николаевич Скринский отметил другую черту будкеровского стиля управления — демократичность и равенство мнений при обсуждении важных решений. Знаменитый черный круглый стол для совещаний появился в институте фактически одновременно с первой установкой, электронным ускорителем ВЭП-1. Его изготовили в Москве еще до окончания строительства ИЯФ, а затем перевезли и смонтировали в новосибирском Академгородке. «Это была настоящая эпопея», — сказал Александр Скринский. По его словам, после начавшихся в 1965 году экспериментов в ИЯФе и Стэнфорде, «…самым главным результатом стала доказанная возможность успешных экспериментов по физике элементарных частиц на плотных пучках».
История Института ядерной физики — история его установок и их эволюции. Еще в 1957 году Герш Ицкович Будкер выдвинул идею электрон-позитронного ускорителя, которую поддержал академик Игорь Васильевич Курчатов. С этого момента берет начало другая «настоящая эпопея» — коллайдера ВЭПП-2 и его дальнейших превращений. Первый крупный научный результат, полученный на этой установке, — открытие ρ-мезонного резонанса — принес Ленинскую премию 1967 года, а в 1970-м на ней же было обнаружено множественное рождение адронов. Присоединение к ВЭПП-2 в 1972 году еще одного кольца-накопителя позитронов превратило ускоритель в ВЭПП-2М, который, в свою очередь, в 2000 году был модернизирован до ВЭПП-2000. «Мы искали путь увеличения энергии и светимости, не распространяясь за границы не только института, но и одного экспериментального зала, и нашли выход в применении так называемых круглых пучков», — прокомментировал член-корреспондент РАН Юрий Михайлович Шатунов. В 2014—2017 установка прошла апгрейд без переименования и сегодня успешно используется в том числе в международных проектах.
Другая историческая линейка начинается с ВЭПП-3, на котором в 1973 году было получено рентгеновское синхротронное излучение (СИ), быстро ставшее популярным инструментом у ученых разных направлений. Как отметил академик Геннадий Николаевич Кулипанов, в ИЯФе впервые в мире удалось создать «рентгено-диффузионное кино» с интервалами между «кадрами» (моментами фиксации изображения) до 5 наносекунд. В 1970—1980-е годы сибирский источник СИ активно использовался в отечественных и международных экспериментах. Так, в московском Институте молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН под руководством доктора физико-математических наук Марка Александровича Мокульского шли исследования солей ДНК. Участница конференции в ИЯФ кандидат физико-математических наук Альвина Андреевна Вазина из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (подмосковное Пущино) рассказала о применении СИ в изучении структуры биополимеров с большими периодами — например, мышечных тканей. В рамках Сибирского отделения Академии наук СИ легло в основу многих меджисциплинарных исследований: в частности, кинетики химических реакций, нанокатализаторов, динамики взрыва и детонации, палеоклимата по донным осадкам сибирских озер.
«В 1977 году, в самый разгар холодной войны, было подписано советско-британское соглашение о научно-техническом сотрудничестве, в том числе в области синхротронного излучения, — напомнил Г.Н. Кулипанов. — Этот пункт включили англичане как заинтересованная сторона, в 1978—1981 годах они активно использовали возможности ВЭПП-3… Впрочем, и для нас получилась хорошая школа международного сотрудничества, около 50 специалистов ИЯФ впервые выехали за рубеж». Ученый рассказал также об использовании СИ в сравнении лунного грунта, доставленного на землю советскими автоматическими станциями и астронавтами США. «Анализ показал почти полную идентичность состава тех и других образцов, — сказал Геннадий Кулипанов, — и это отвергает сегодняшние инсинуации о том, что американцы не высаживались на Луне».
Академик Г. Кулипанов рассказал о двух источниках СИ, «Сибирь-1» и «Сибирь-2», изготовленных в ИЯФ для Курчатовского института: на запуске второго из них в 1999 году присутствовал Владимир Владимирович Путин. «Сегодня в нашей стране есть четыре действующих и один строящийся синхротрон, но все они принадлежат ко второму поколению, — констатировал ученый. — Новый глоток надежды дало посещение президентом РФ нашего института и Академгородка 8 февраля нынешнего года и последовавшие за этим поручения… Для Курчатовского института будет строиться источник СИ четвертого поколения, для ИЯФ — “3+”…Это интеграционный проект, который должен приносить интеграционные эффекты».
По словам Геннадия Кулипанова, сооружение первой очереди сибирского синхротрона (10 каналов вывода и столько же рабочих станций) должно начаться в 2019 году, займет 5 лет и потребует около 30 миллиардов рублей; вторая очередь (32 канала и 32 станции) может быть запущена еще через пятилетку при вложении 10,7 миллиардов. Проект получил название СКИФ — Сибирский кольцевой источник фотонов. На сегодняшний же день основным работающим источником СИ для сибирских ученых служит ВЭПП-4М, результат многоэтапной модернизации ВЭПП-3.
Как сообщил заместитель директора ИЯФ член-корреспондент РАН Юрий Анатольевич Тихонов, сегодня в мире работает четыре электрон-позитронных коллайдера, два из которых — в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. Об участии сибирских физиков в трех перспективных проектах этого же плана рассказал замдиректора ИЯФ доктор физико-математических наук Евгений Борисович Левичев. Разрабатываемый на базе CERN ускоритель FCC рассчитывается на высочайшие в мире мощности — от 45 до 182 ГэВ — и должен стать крупнейшим научным сооружением за всю историю человечества. Кольцо длиной в 100 километров протянется под Альпами, окрестностями Женевы и дном одноименного озера. В основе FCC лежит идея Crab Waist — встречи и кратковременного «захвата» сжатых пучков под большим углом, что должно повысить светимость на 1—2 порядка. Первые контакты по этому проекту с учеными ИЯФ начались в 2011 году. Представители института участвуют в ежегодных совещаниях по FCC, собирающих 500—700 участников, и пишут три главы в Conceptual Report по этому проекту.
В мире проектируется также два новых коллайдера со средними показателями энергии пучка (1—3,5 ГэВ) и периметра (600—1000 метров). Это USTC Китайской академии наук и новосибирская Супер чарм-тау фабрика (СЧТФ), которая также будет использовать эффект Crab Waist. «Наш проект утвержден Минобрнауки РФ в качестве одного из первых шести национальных объектов научной инфраструктуры уровня мегасайнс, — сообщил Евгений Левичев. — Есть распоряжение правительства: предоставить к концу 2019 года документы, необходимые для начала финансирования». Как отметил ученый, СЧТФ «модернизируется еще на стадии проектирования»: так, периметр кольца сочли целесообразным уменьшить с 800 до 600 метров. «Реализация такого проекта была бы существенным вкладом в физику элементарных частиц», — считает Юрий Тихонов, выступавший на конференции в ИЯФ с обзором мировых тенденций в использовании и проектировании ускорителей.
Третий же тип перспективного электрон-позитронного коллайдера рассчитан на сверхнизкую энергию (около 400 МэВ) и размер (периметр 35 метров). Как рассказал Евгений Левичев, он предназначен для исследования парных мюонов. Две эти частицы с разной полярностью образуют димюоний — специфический атом, выпадающий на несколько миллиметров из пучка при его столкновении с другим и вскоре распадающийся. Существование связанного состояния мюонов предсказано теоретически в начале 1960-х, однако экспериментально пока не наблюдалось. «Наблюдение димюония должно стать открытием мирового уровня», — предполагает Е.Б. Левичев. Он также отнес предназначенный для этого μμ-трон («мюмютрон») к области критических технологий «…за счет использования новейших, ранее не применявшихся, методов и устройств».
Евгений Левичев считает создание μμ-трона сравнительно легко осуществимым: оно не требует согласования с правительством и Минобрнауки РФ, поскольку может финансироваться на грантовой основе, к тому же в ИЯФ для такой установки есть готовый инжектор и технологическая инфраструктура. «Всё это позволяет надеяться на привлекательность проекта для студентов и молодых специалистов, — считает ученый, — которые увидят возможность быстрого получения результатов и, как следствие, — продвижения в научной карьере».
Все актуальные и будущие исследования ИЯФ ведутся в широкой и тесной международной кооперации. Как сказал Юрий Тихонов, «Физика элементарных частиц собрала одно из самых многочисленных научных сообществ мира, поскольку она является основой для очень перспективных мультидисциплинарных направлений: синхротронного излучения, лазеров на свободных электронах, ядерной медицины, супервычислений и big data». Институт ядерной физики вовлечен в крупнейшие коллаборации, в числе которых CERN, KEK, JPARC, SLAC и GRAN SASO — последний в перечне ориентирован на поиск «темной материи». «Весь мир гораздо больше, чем ИЯФ, но во всех экспериментах на встречных пучках наши физики принимают участие», — констатировал Александр Скринский. Он отметил участие института и в техническом оснащении международных проектов: «Установки нашего производства или с нашим оборудованием работают по всему земному шару кроме Африки и Антарктиды».