Лаборатория кристалло-оптики заряженных частиц

НИЦ «Курчатовский институт»
- ПИЯФ

Петербургский Институт Ядерной Физики им.Б.П.Константинова

 • Введение

 • Штат

 • Исторический обзор     деятельности

 • Текущие проекты

 • Публикации

 • Обратная связь

 

 • ОФВЭ

 

  Введение

Лаборатория кристалло-оптики заряженных частиц
Введение

От физики ядра и частиц до получения пучков сверхвысоких энергий - история лаборатории.
      (смотрите Историю Лаборатории кристалло-оптики заряженных частиц - в книге "ОФВЭ – страницы истории", страница 127)

Недавно в ЦЕРН был осуществлен успешный эксперимент по каналированию протонного и ионного пучков Большого адронного коллайдера (БАК) в изогнутых кристаллах, который продемонстрировал новые возможности формирования и управления пучками сверхвысоких энергий (CERN BulletinНовости из ЦЕРН:  "Кристалл чистит пучок LHC"). Возможности, основанные на применении крошечных кристаллов вместо огромных магнитов и коллиматоров, возможности использования кристаллов в программе повышения светимости БАК и вывода с их помощью пучков из коллайдера для проведения исследований фундаментальных взаимодействий на фиксированных мишенях. Этому замечательному достижению предшествовал длинный путь, который соединил научные поиски, опыт и достижения многих людей из разных стран и нескольких поколений. Каким был путь ученых и инженеров Лаборатории кристаллооптики заряженных частиц Отделения физики высоких энергий ПИЯФ НИЦ КИ, внесших значительный вклад в успех эксперимента в ЦЕРН, рассказывают настоящие заметки.
   Экзотические атомы.
кликни  для увеличения - фото открывается в отдельном  окне
А.И.Смирнов и О.И.Сумбаев, 1960-ые.
Лаборатория кристаллооптики заряженных частиц образована в 2012 году из Лаборатории мезоатомов, которая сложилась в конце 1970-х вокруг группы Алексея Ивановича Смирнова, первоначально входившей в сектор рентгеновской и гамма спектроскопии Олега Игоревича Сумбаева. Исследования этих двух известных физиков во многом повлияли на ход событий.

Тогда, в начале 1970-х, по предложению А.И. Смирнова на сихроциклотроне ПИЯФ был выполнен уникальный эксперимент по измерению массы пи-минус мезона с помощью кристалл-дифракционного спектрометра рентгеновского излучения пионных атомов [В.И. Марушенко, А.Ф. Мезенцев, А.А. Петрунин, С.Г. Скорняков, А.И. Смирнов, Новое измерение массы пи-минус мезона, Письма в ЖЭТФ 23 (1976) 80-82, признана «Лучшей работой ЛИЯФ» 1975 года]. В этом эксперименте впервые источником рентгеновского излучения пионных атомов являлась мишень, облучаемая первичным пучком протонов высокой энергии, что привело к увеличению интенсивности рентгеновского излучения пионных атомов на несколько порядков по сравнению с опытами на вторичных пучках и сделало возможным радикальное улучшение точности измерения энергии рентгеновских переходов в пионных атомах, известным образом связанных с массой пи-мезона. Постановка опыта развивала подход, успешно примененный О.И. Сумбаевым и А.И. Смирновым в 1960-е для исследования гамма-излучения радионуклидов, образующихся вблизи активной зоны ядерного реактора. [О.I. Sumbaev, A.I. Smirnov, 4-meter Cauchois spectrometer for neutron-capture у -radiation research, NIM 22 (1963) 125-137].

За первым экспериментом последовал целый ряд новых, выполненных на ускорителях США и Европы как независимыми группами, так и с участием нашей Лаборатории (за рубежом метод получил название “Gatchina target”). Важным этапом стал цикл исследований, проведенный в 1980-ые годы на Швейцарской мезонной фабрике в рамках международного сотрудничества ЛИЯФ - SIN (PSI) и посвященный исследованию сильного взаимодействия в легких пионных атомах [W.Beer et al., NIM PR A238 (1985) 365-380; G. De Chambrier et al., Nucl. Phys. A442 (1985) 637-666]. Участниками этих работ стали сотрудники лаборатории Б.В. Григорьев, Л.Н. Кондурова, Л.П. Лапина, П.М. Левченко, К.Е. Кирьянов, В.Н. Марушенко, А.Ф. Мезенцев, А.А. Петрунин, А.Г. Сергеев, С.Г. Скорняков, А.И. Смирнов, В.М. Суворов. Ценный вклад в теоретический анализ взаимодействия внес Б.Л. Бирбраир.

фото

И в это же время, сразу в двух направлениях, развивались эксперименты в Советском Союзе. Первое направление было связано с измерением мягких рентгеновских переходов в пионных атомах водорода и дейтерия с целью определения пион-нуклонных длин рассеяния, фундаментальных постоянных теории сильного взаимодействия. Была создана установка (фокусирующий спектрометр по Иоганну, А.И. Смирнов, А.Г. Сергеев, А.И. Щетковский с сотрудниками), разработан детектор мягкого рентгеновского излучения (вместе с отделом А.Г. Крившича), измерены энергии калибровочных рентгеновских линий (вместе с лабораторией О.И. Сумбаева). Но безопасно вывести в экспериментальный зал синхроциклотрона ПИЯФ необходимую интенсивность протонного пучка не удалось, все ограничилось методическими разработками. В измененном виде проект готовился на Московскую мезонную фабрику (двухкристальный спектрометр, А.Ф. Мезенцев, К.Е. Кирьянов с сотрудниками), но, в конечном счете, в варианте с фокусирующим спектрометром был осуществлен западными коллегами на Швейцарской мезонной фабрике в 1990-е годы.

Другое направление было связано с изучением экзотических атомов при более высоких энергиях первичного пучка протонов. Успешное измерение массы пи-минус мезона в ЛИЯФ показало, что новый подход перспективен и для атомов, образованных более тяжелыми мезонами и барионами. Но для их рождения нужны пучки с большей энергией. Развивая эту идею, А.И. Смирнов с сотрудниками предложили эксперимент на 70 ГэВ ускорителе ИФВЭ (Протвино) по изучению адронных атомов и характеристик элементарных частиц с помощью кристалл-дифракционного спектрометра (установка «Кварц»), который был успешно осуществлен в 1980-е – начале 1990-х.

фото

В ходе его выполнения в Лаборатории была организована кристаллооптическая группа, сыгравшая и продолжающая играть важную роль в проводимых исследованиях. Для ее создания в 1985 в Лабораторию был приглашен Ю.П. Платонов, один из ведущих ленинградских специалистов в области точной механики и оптических технологий, с ним пришли его коллеги, отличные инженеры М.П. Гурьев, В.В. Скоробогатов, конструктор В.В. Иванов, возникла оптическая группа. Очень быстро в Лаборатории было налажено опытное производство кристаллических пластин, изгибающих устройств, интерферометров, что позволило повысить светосилу и точность кристалл-дифракционной техники.

Важным результатом этой работы, проделанной в очень короткие сроки, стало существенное улучшение характеристик экспериментальной установки «Кварц» в ИФВЭ. К этому же времени была завершена модернизация ускорителя ИФВЭ, которая заметно повысила интенсивность выведенного протонного пучка. Все вместе это позволило выполнить точные измерения масс К-минус мезона и Сигма-минус гиперона, которые и по сей день остаются лучшими в мире [А.С. Денисов, А.В. Желамков, Ю.М. Иванов, Л.П. Лапина, П.М. Левченко, В.Д. Малахов, А.А. Петрунин, А.Г. Сергеев, А.И. Смирнов, В.М. Суворов, О.Л. Федин, Новое измерение массы К-минус мезона, Письма в ЖЭТФ, 54 (1991) 557-561; М.П. Гурьев, А.С. Денисов, А.В. Желамков, Ю.М. Иванов, П.М. Левченко, В.Д. Малахов, А.А. Петрунин, Ю.П. Платонов, А.Г. Сергеев, А.И. Смирнов, В.М. Суворов, О.Л. Федин, Первое измерение рентгеновского излучения Сигма-минус атомов с помощью кристалл-дифракционного спектрометра, Письма в ЖЭТФ, 57 (1993) 389-393].

   Методические разработки в области газовых детекторов рентгеновского излучения и кристалл-дифракционной техники.
Накопленный в Лаборатории опыт применения кристалл-дифракционных приборов и разработки газовых позиционно-чувствительных детекторов рентгеновского излучения нашел интересное приложение в экспериментах при сверхвысоких энергиях, когда А.И. Смирновым с соавторами в начале 1990-х был предложен оригинальный метод пространственной калибровки коллайдерных детекторов GEM на суперколлайдере SSC в США и ATLAS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН с помощью интенсивного рентгеновского луча определенной энергии, сформированного кристаллом. К сожалению, проект SSC был закрыт, но в случае ATLAS работа была доведена до действующего прототипа. Участие сотрудников Лаборатории в работах для ЦЕРН способствовало формированию группы ATLAS под руководством О.Л. Федина и вхождению нашей Лаборатории в проект CMS. ATLAS и CMS – это в настоящее время два крупнейших коллайдерных эксперимента из проводимых в ЦЕРН.
Продолжение на:   стр. 2     
наверх



НИЦ "Курчатовский институт"  •   Российская Академия Наук  •   Петербургский инстиут ядерной физики
  •   Отделение физики высоких энергий   •   Отделение нейтронных исследований   •   Отделение теоретической физики
  •   Отделение молекулярной и радиационной биофизики   •   Отделение перспективных разработок

Россия, 188300, Ленинградская обл., г.Гатчина, Орлова роща, ПИЯФ
Телефон: +7 (81371)  46050,       Факс: +7 (81371)  32046

Последнее обновление:   ,  веб-мастер С.Ф. Удалова