Экзотические атомы.

А.И.Смирнов и О.И.Сумбаев, 1960-ые.

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 н ашей 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.

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.

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.