Алексей Алексеевич Воробьев

Отделению Физики Высоких Энергий ПИЯФ НИЦ «Курчатовский институт» в 2013 году исполнилось 50 лет. В декабре прошлого года это событие было отмечено юбилейной сессией, которая продолжалась 4 дня.

Руководитель ОФВЭ, член-корреспондент РАН, проф. Алексей Алексеевич Воробьев выступил с докладом, в котором он напомнил историю рождения отделения и основные исследования, выполненные за прошедшие годы. Отделение Физики Высоких Энергий (тогда оно называлось ЛФВЭ – Лаборатория Физики Высоких Энергий) было образовано в 1963 г. на основе коллектива Лаборатории рентгеновских и гамма лучей Физико-технического института. Первым руководителем ОФВЭ был академик УССР Антон Пантелеймонович Комар. За полвека существования ОФВЭ нашими физиками был выполнен целый ряд первоклассных экспериментов, как на ускорителе СЦ-1000 в ПИЯФ и других российских ускорителях, так и на ускорителях ведущих зарубежных ядерных центров – в Швейцарии, Германии, Франции, Англии, Финляндии и США. Вот некоторые результаты, полученные, в основном, непосредственно в нашем институте.

На реакторе ВВРМ было проведено детальное исследование тройного деления ядер и получены важные сведения о механизме деления ядер.

Новым методом, предложенным А.А. Воробьевым, был выполнен цикл работ по малоугловому рассеянию протонов и пи-мезонов с помощью созданного в ПИЯФ уникального ионизационного спектрометра ИКАР. Эти работы в 1983 г. были удостоены Государственной премии.

Сотрудниками ОФВЭ был досконально изучен процесс ядерного синтеза с помощью мю-мезонов.

Впервые было проведено прецизионное исследование процесса упругого рассеяния протонов промежуточной энергии (~ 1000 МэВ) на ядрах с помощью созданного в ПИЯФ магнитного спектрометра МАП.

Был исследован также процесс квазиупругого рассеяния протонов на ядрах, т.е. процесс, в котором налетающий на ядро протон выбивает из него один протон или нейтрон. Эти эксперименты прекрасно продемонстрировали оболочечную природу ядер.

С помощью спектрометра ИКАР изучена пространственная структура легких экзотических ядер.

Для исследования свойств экзотических ядер создан масс-сепараторный комплекс.

Для изучения электромагнитной структуры таких ядер впервые был успешно применен метод резонансной ионизационной спектроскопии.

Был также предложен и создан принципиально новый высокотемпературный селективный лазерный ионный источник, позволивший повысить чувствительность метода лазерной спектроскопии в 10 тысяч раз! Стоит отметить, что лазерно-спектроскопические исследования экзотических ядер ведутся в России только в нашем институте. Этим методом измерены зарядовые радиусы и электромагнитные моменты более чем у сотни экзотических ядер.

В.М. Самсоновым и А.И. Смирновым с сотрудниками был выполнен цикл работ по изучению возможности изменять направление пучков заряженных частиц высокой энергии с помощью кристаллов. Эти работы были отмечены Государственной премией 1996 г.

В настоящее время возникли новые идеи о том, как можно использовать кристаллы для управления пучками частиц. Эти идеи проверяются Ю.М. Ивановым с сотрудниками в экспериментах как на ускорителе СЦ-1000, так и на зарубежных ускорителях с более высокой энергией с целью возможного применения кристаллов для уменьшения гало пучков протонов и вывода пучков из ускорителя Большого Адронного Коллайдера.

В Ядерном центре тяжелых ионов в Дармштадте были проведены прецизионные измерения масс ядер сверхтяжелых элементов. Несколько основных участников этой работы, в том числе и ведущий сотрудник ОФВЭ проф. Ю.Н. Новиков, в 2013 г. были удостоены Международной премии им. Г.Н. Флерова.

Руководитель Ускорительного Отдела Е.М. Иванов рассказал о статусе базовой установки ПИЯФ НИЦ «КИ» – существующего ускорителя протонов (синхроциклотрона СЦ-1000) на энергию протонов 1000 МэВ и создаваемого нового ускорителя протонов (изохронного циклотрона Ц-80) на энергию 80 МэВ.

Ускоритель СЦ-1000 – это один из немногих в России действующих ускорителей. СЦ-1000 имеет солидный возраст – он работает уже более 40 лет – тем не менее, продолжает успешно функционировать. В 2013 г. ускоритель проработал более 4 000 часов, выдавая пучки протонов и вторичные пучки пи-мезонов, мю-мезонов и нейтронов. Бóльшая часть ускорительного времени (~ 25%) была посвящена работам по исследованию возможности изменять направление пучков заряженных частиц высокой энергии с помощью кристаллов. Около 10% ускорительного времени было выделено на работы по исследованию методом лазерной спектроскопии свойств экзотических ядер с аномальным соотношением содержащихся в них протонов и нейтронов. И примерно столько же ускорительного времени было использовано для исследования свойств твердого тела с помощью мю-мезонов так называемым μSR-методом. Кстати, исследования свойств веществ μSR-методом широко проводятся за рубежом. В России же имеется только одна μSR-установка – в нашем институте.

На ускорителе СЦ-1000 ведутся и прикладные работы – исследуется радиационная стойкость компонентов электроники, используемой в космических аппаратах. Совместно с Российским Научным Центром Радиологии и Хирургических Технологий на ускорителе продолжается лечение больных методом протонной терапии. С помощью протонного пучка лечатся аневризмы головного мозга и проводятся бескровные операции раковых опухолей. В 2013 г. на ускорителе лечились 8 человек – больных раком простаты и молочной железы. Всего с 1975 г. курс протонной терапии успешно прошли 1394 пациента.

Более чем за 40 лет функционирования ускорителя многие его системы практически израсходовали свой рабочий ресурс. В связи с этим в ближайшее время планируется заменить существующие источники питания магнитов (мотор-генераторы) на современные электронные источники. Планируется также обновить вакуумные системы и т.д.

Теперь о новом ускорителе Ц-80. К концу 2013 г. все системы этого ускорителя были созданы и собраны. Начаты пуско-наладочные работы. Как показывает практика запуска ускорителей, пуско-наладочные работы могут занять несколько месяцев, может быть, около года. Запуск ускорителя Ц-80 расширит возможности протонной терапии больных и позволит также получать широкий спектр медицинских радионуклидов.

Самые важные результаты последних лет были получены на Большом Адронном Коллайдере – самом крупном в мире ускорителе, расположенном в ЦЕРНе около Женевы.

Сотрудники ПИЯФ внесли очень крупный вклад в создание детекторов этого коллайдера – в ATLAS - под руководством зав. лабораторией О.Л. Федина, в CMS и LHCb -проф. А.А. Воробьева и в ALICE - проф. В.М. Самсонова.

По данным экспериментов ATLAS и CMS был открыт бозон Хиггса. Об этом много и подробно писали. О важности этого открытия свидетельствует тот факт, что в связи с обнаружением бозона Хиггса теоретикам Питеру Хиггсу и Франсуа Энглеру, предсказавшим много лет назад существование этой частицы, в 2013 г. была присуждена Нобелевская премия по физике. Среди авторов публикаций об этом открытии - 22 сотрудника ОФВЭ.

Другой весьма важный результат был получен в эксперименте LHCb, а именно здесь был наблюден сверхредкий распад так называемого B_s-мезона (состоящего из “прелестного” и “странного” кварков) на два мю-мезона. Согласно Стандартной Модели, такой распад может происходить с очень малой вероятностью, и по этой причине данный процесс ранее не наблюдался. Хотя Стандартная Модель описывает большую совокупность свойств элементарных частиц, у нее есть некоторые недостатки, в частности, она не включает гравитационное взаимодействие. Поэтому теоретики делают попытки создания новых, более универсальных теорий. В соответствии с этими новыми теориями вероятность распада B_s-мезона на два мю-мезона может быть больше, чем та, что следует из Стандартной Модели. Вероятность распада B_s-мезона на два мю-мезона, определенная в эксперименте LHCb и недавно подтвержденная в эксперименте CMS, оказалась в полном соответствии со Стандартной Моделью. Таким образом, в исследованном процессе нет каких-либо проявлений “новой физики”. Полученный результат закрывает ряд новых теорий и является сильным аргументом в пользу Стандартной Модели. В данной работе физики ОФВЭ участвовали как в создании установки LHCb, так и в наборе и анализе экспериментальных данных.

Следует отметить еще один важный результат, полученный А.А. Воробьевым с сотрудниками в международном эксперименте на мезонной фабрике в Швейцарии в институте Пауля Шеррера. Методом, предложенным учеными ПИЯФ, впервые достаточно точно измерена одна из фундаментальных характеристик протона – псевдоскалярная константа формфактора протона g_p. Измеренная величина g_p оказалась в превосходном согласии с предсказаниями Стандартной Модели. Так что это еще один результат в пользу этой модели.

На сессии были озвучены 35 докладов. С заключительным словом Ученого совета ОФВЭ выступил директор ПИЯФ НИЦ «КИ», член-корр. РАН, проф. Виктор Лазаревич Аксенов. Он рассказал о состоянии дел на строящемся в институте реакторе ПИК, поздравил коллектив ОФВЭ с юбилеем и пожелал новых творческих успехов.

Д-р физ.- мат. наук Г.Д. Алхазов.

Фотографии Т. Потаповой