На юбилейной конференции «Вклад Г.И. Будкера и его института в мировую науку» физики обсудили историю и перспективы установок ИЯФ СО РАН
07.05.2018
Физика круглого стола
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».+
Андрей Соболевский, Наука в Сибири
-