Серия сообщений "Наука (5)":
Часть 1 - О сеансе №1 на ускорительном комплексе NICA
Часть 2 - Байкал: капсула времени человечества
...
Часть 18 - Актуальное интервью с действующим учёным
Часть 19 - Новый научный центр, новые установки
Часть 20 - Откуда берётся масса? ответ может дать JUNO
Часть 21 - Как живёт Большой адронный коллайдер
Часть 22 - Предстоит год моделирования жизни на Марсе
...
Часть 24 - Научные приборы направлены в точку Лагранжа
Часть 25 - «Кризис физики в том, что кризиса нет»
Часть 26 - Журналист «МК» посетила Институт генетики

Физика в ожидании новых установок и новых открытий

"... — Какие главные вызовы стоят сегодня перед физикой фундаментальных взаимодействий? Как вы оцениваете уровень развития этого направления физики в России по сравнению с мировым?
— Тут есть теория, а есть эксперимент. Физика фундаментальных взаимодействий — наука экспериментальная, изучает основные силы и частицы, определяющие устройство Вселенной. У нас имеются установки коллайдерного типа, изучающие поведение частиц при столкновениях при высоких энергиях. Есть электронные коллайдеры в Новосибирске — в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера (ИЯФ СО РАН). В Дубне Объединенным институтом ядерных исследований (ОИЯИ) строится сверхпроводящий коллайдер протонов и тяжелых ионов NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility). Надеемся, что он запустится в этом году. NICA будет изучать столкновения тяжелых ионов для исследования сильного ядерного взаимодействия и кварк-глюонной плазмы.,,

Есть протонный ускоритель У-70 — это не коллайдер, а протонный синхротрон — в Протвино. Он расположен в Институте физики высоких энергий, на момент сооружения (конец 1960-х) его энергия была рекордной, и до сих пор это самый высокоэнергетичный ускоритель в России: на нем проводятся эксперименты на энергиях ниже, чем у Большого адронного коллайдера, но он остается важным для исследований физики частиц.
И прочие машины у нас тоже есть. Они уже несколько меньших энергий, но на них тоже исследуется физика элементарных частиц, поэтому база у нас некоторая остается. Конечно, во многих случаях ее имеет смысл улучшить, потому что любая вещь ветшает и устаревает со временем, а техника у нас, конечно, во многих случаях очень старая. NICA — это, может быть, единственный пример новой установки, её прямо сейчас строят, а так обычно это что-то такое улучшенное старое.

Но если говорить о самых высоких энергиях, то такой коллайдер, конечно, вообще на Земле один, и это Большой адронный коллайдер. И было бы глупо строить где-то еще второй с такими же свойствами (не говоря уж об экономических и логистических сложностях). Если строить, то уже следующего поколения на еще большей энергии. И есть несколько таких проектов — например, в Китае, в том же ЦЕРНе..."

Весь материал: «Ъ-Наука» - 24.07.2025

Серия сообщений "Наука (5)":
Часть 1 - О сеансе №1 на ускорительном комплексе NICA
Часть 2 - Байкал: капсула времени человечества
...
Часть 16 - Об 11-й Международной конференции GRID’2025
Часть 17 - Всё надо делать по возможности быстро
Часть 18 - Актуальное интервью с действующим учёным
Часть 19 - Новый научный центр, новые установки
Часть 20 - Откуда берётся масса? ответ может дать JUNO
...
Часть 24 - Научные приборы направлены в точку Лагранжа
Часть 25 - «Кризис физики в том, что кризиса нет»
Часть 26 - Журналист «МК» посетила Институт генетики

— Всё началось в 1930-х годах, когда физики ломали голову над проблемой несохранения энергии при радиоактивном распаде ядра — часть энергии куда-то исчезала. Это противоречило фундаментальным физическим законам о сохранении массы и энергии. В конце концов немецкий физик-теоретик Вольфганг Паули выдвинул гипотезу о существовании очень слабо взаимодействующей с веществом частицы-призрака, которая рождается при радиоактивном распаде ядер атомов. По мысли Паули, такие частицы не регистрируются детекторами, но при этом уносят с собой часть энергии. А термин «нейтрино» предложил уже в 1934 году другой учёный, Энрико Ферми.                                                                      (см. на фото RT)

— Осцилляции элементарных частиц — это их способность менять свой тип со временем. Нейтрино делятся на три типа: электронные, мюонные и тау-нейтрино, эти формы могут переходить друг в друга. Раньше считалось, что у нейтрино нет массы, однако, когда были открыты осцилляции этих частиц, это представление было опровергнуто. Именно наблюдения за процессом осцилляции способны дать ответ на вопрос о физике нейтрино.

— В эксперименте мы создаём при помощи ускорителя мощный пучок нейтрино, его мощность достигает 1 МВт. Ускоритель находится в 60 км от Чикаго, в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми, сокращённо Fermilab.

Серия сообщений "Наука (4)":
Часть 1 - «Возвращались со словами: В ИЯФ – лучше!»
Часть 2 - Отставники ЦЕРН в ИЯФ без работы не останутся
...
Часть 11 - Нуклотрон ОИЯИ - космической радиобиологии
Часть 12 - К вопросу деградации в имперской науке
Часть 13 - Российский физик — об изучении нейтрино
Часть 14 - Оборудование «СКИФа» поступает, здание готово?
Часть 15 - Научный июль в Гатчине. IX-я конференция HSFI
...
Часть 48 - ФИАН может обойти НИЦ КИ на восточном курсе
Часть 49 - Физический результат на установке НИЦ «КИ»
Часть 50 - Новая жизнь голландского ускорителя в Дубне

Был такой газетный штамп - "наука на марше". Сегодня фундаментальная наука в таком сложном положении, что о "марше" говорить не приходится - тут бы просто дотянуть до лучших времен, выжить. Но знакомство с физиком Денисовым может разубедить любого скептика. Несуетно и результативно он все эти годы делает свою работу - занимается физикой.

     Май текущего года выдался памятным для начальника Отдела   нейтринной физики ГНЦ РФ "Институт физики высоких энергий",   доктора физико-математических наук Сергея Петровича Денисова. В   начале месяца он отметил свой 60-летний юбилей, а на исходе мая,   выдержав жесточайший конкурс (на 3 вакансии по отделению ядерной физики   было около 70 претендентов!), был избран членом-корреспондентом   Российской Академии наук.

   Будучи совсем молодым физиком, Сергей Денисов пришел в ИФВЭ в   самые первые годы его существования, и прошел вместе с ним путь,   измеряемый почти четырьмя десятилетиями. Институт теперь - один из   крупнейших государственных научных центров страны, а Сергей   Петрович - один из его самых уважаемых ученых, хорошо известных не  только в отечественной, но и  в мировой науке. Результаты его научных поисков (открытие антигелия-3, энергетической зависимости полных сечений адронных взаимодействий, масштабной инвариантности сечений образования адронов) вошли в перечень важнейших, общепризнанных достижений в физике высоких энергий.

Во время недавней сессии НКС ИВФЭ (Научно-координационного совета, членами которого на 2/3 являются ведущие ученые других "родственных" институтов страны), сообщение Денисова вызвало особый интерес.

 Дело в том, что другие докладчики, рассказывая о результатах проведенных экспериментов или о программе будущих исследований, так или иначе связывали свою работу с функционированием ускорителя ИФВЭ - протонного синхротрона на энергию 70 гигаэлектрон-вольт (У-70), крупнейшего в России, либо с сооружаемым вот уже 15 лет новым ускорителем - УНК, который и по размерам, и по энергии будет на порядок больше (ещё теплятся надежды, что заработает этот ускоритель -  видимо, уже в новом веке).

Первая часть выступления Денисова также касалась работы на пучках вторичных частиц У-70. Речь шла об исследованиях на уникальном физическом приборе - комплексе меченых нейтрино (КМН), созданном Сергеем Петровичем с сотрудниками. Нейтрино, как известно, выделяется среди других обитателей микромира тем, что, не имея заряда и массы покоя, эта частица чрезвычайно трудноуловима, и для исследования нейтрино приходится сооружать многометровые и многотонные детекторы. КМН, благодаря разработанной и опробованной в ИФВЭ методике "мечения", позволяет не только регистрировать нейтрино, но прослеживать их путь от рождения до взаимодействия с другими частицами. С пучками нейтрино экспериментируют и в других ускорительных центрах (их в мире считанные единицы), но с такой "дотошностью" - только здесь, в Протвино.

А вот вторая часть доклада была посвящена неожиданно открывшейся возможности использовать нейтринные детекторы, во "внепучковом" режиме - на космических частицах высоких и сверхвысоких энергий, поступающих из внеземных источников. Это два спектрометра на жидком аргоне, получивших название БАРС (большой аргоновый спектрометр). В каждом БАРСе - 260 тонн жидкого аргона. Именно в этом сжиженном газе удается с помощью многочисленных координатных детекторов и быстрой электроники получать достоверные данные о траекториях высокоэнергетических частиц и изучать их взаимодействия. Вся информация "визуализируется" с помощью ЭВМ в виде, удобном для последующего анализа и сопоставления с теоретическими расчетами - в таком сопоставлении и добывается новое знание о свойствах микрочастиц.

На снимке: Вид на спектрометры БАРС  в галерее нейтринного канала

Как сообщил профессор Денисов, специалисты - "космики", посмотрев полученные недавно "картинки" космических ливней, зарегистрированных БАРСом, были удивлены точностью и качеством определения характеристик космических частиц. Тут же были предложены программа экспериментов. Один из них - изучение спектров "горизонтальных" мюонов,- уже ведется с прошлого года, первые результаты уже доложены на двух международных конференциях и встречены с большим интересом. Готовится предложение по изучению на БАРСах высокоэнергетических каскадов вторичного космического излучения - т.н. "широких атмосферных ливней" (ШАЛ). Кроме физиков ИФВЭ, в эксперименте будут участвовать ученые из наших ФИАНа, ИЯИ РАН, МИФИ, а также из Армении, Германии, Италии.

Выступивший затем специалист по "космике", член-корреспондент РАН из ФИАНа С.И.Никольский подчеркнул, что благодаря уникальным характеристикам БАРСов появляется возможность провести детальные исследования ШАЛов с энергиями выше 100 ГэВ и уточнить полученные ранее данные, указывающие на изменение картины взаимодействия частиц при сверхвысоких энергиях. Открывается путь к уточнению современных теоретических моделей, в равной степени касающихся объектов как микромира, так и астрофизики. На этом пути БАРСы могут стать буквально "локомотивом", берущим на себя работу, непосильную для прежних исследовательских установок (это, кстати сказать, размещенные в подземных шахтах или в толщах вод циклопические сооружения - например, в Баксанском ущелье на Кавказе или в водах Байкала).  

Опубликовано: "Независимая газета" - 1 июля 1997 г. 

Серия сообщений "Публикации о С.П. Денисове":
Часть 1 - БАРС - охотник за нейтрино
Часть 2 - АТЛАС - детище конверсии
Часть 3 - Увидеть бозон Хиггса
...
Часть 5 - К 80-летию академика Сергея Денисова
Часть 6 - «Последние кирпичики» в Стандартную модель
Часть 7 - Учёному ИФВЭ присуждена золотая медаль РАН

"Российские учёные предложили запустить пучок нейтрино

из Подмосковья в Средиземное море"

 

Физики НИЦ "Курчатовский институт" совместно с зарубежными коллегами разработали проект нового эксперимента на ускорительном комплексе У-70 в Протвино. Учёные предложили создать пучок нейтрино ("неуловимых" элементарных частиц) и запустить его к гигантскому подводному детектору ORCA, который строится в Средиземном море на глубине около 2,4 км. 

Нейтринный луч пройдёт сквозь недра Земли рекордные для подобного рода экспериментов 2,6 тыс. км, пока не будет "пойман" и исследован детектором  (см.) . Результаты исследования позволят больше узнать о свойствах нейтрино и ответить на многие вопросы об устройстве Вселенной, в частности объяснить, почему окружающая нас материя доминирует над антивеществом.

Задачи исследования опубликованы в "Письме о намерениях" на портале препринтов arXiv за авторством большой (около 100 чел. из 27 институтов) международной группы учёных, так что дело не в какой-либо конкретной "инициативе российских учёных", а в давно проходящем обсуждении самой возможности использовать ускоритель ИФВЭ после определённой модернизации для облучения нейтринным пучком из него вышеупомянутого подводного детектора частиц,  сооружаемого безотносительно данной возможности.

 

Нейтрино - незаряженные фундаментальные частицы, обладающие ничтожно малой, и до сих пор не измеренной массой. Они рождаются в глубинах космоса (к примеру - в солнечной термоядерной реакции) и насквозь пронизывают нашу планету. Эти частицы очень слабо взаимодействуют с материей, и, как результат, с трудом поддаются регистрации.

 

На данный момент известны три типа нейтрино, которые обладают удивительным свойством "перевоплощаться" друг в друга, или, как говорят физики, "осциллировать" при пролёте в пространстве и в веществе. Изучение таких осцилляций позволяет больше узнать о свойствах нейтрино и ответить на многие вопросы об устройстве Вселенной.

 

Чтобы восполнить пробелы в знаниях о нейтрино, физики НИЦ "Курчатовский институт" совместно с зарубежными коллегами разработали план нового эксперимента P2O (Protvino-to-ORCA) на ускорительном комплексе У-70 в Протвино, Московская область. Учёные предложили создать нейтринный пучок и запустить его к 8-мегатонному подводному детектору ORCA, который строится в Средиземном море на глубине около 2,4 км. в 40 км. от побережья Тулона (Франция). Частицы нейтрино с энергией около 5 ГэВ пролетят сквозь недра Земли почти 2,6 тыс. км, пока не будут "пойманы" и исследованы детектором.

 

Предполагается, что при взаимодействии нейтрино с ядрами кислорода и водорода будут образовываться заряженные частицы, которые и зарегистрируют подводные фотоумножители. Чтобы улучшить чувствительность измерений, исследователи предложили увеличить мощность ускорителя частиц до 90 кВт, а в перспективе до 450 кВт. Модернизированный ускоритель сможет генерировать более мощные пучки нейтрино.

 

Результаты эксперимента позволят ответить на многие вопросы об устройстве нашего мира. Например, исследователи рассчитывают объяснить феномен барионной асимметрии Вселенной — преобладании в видимой части Вселенной материи над антиматерией.

 

"Нейтринные исследования составляют сегодня ключевую область физики элементарных частиц. Свойства нейтрино — ничтожные массы, осцилляции, не могут быть объяснены в рамках современной теории, так называемой Стандартной модели, и требуют новых подходов. Нейтрино, по-видимому, оказывали существенное влияние на формирование крупномасштабной структуры Вселенной и её наблюдаемую барионную асимметрию. Хотя мы видим, что на ускорителях частицы и античастицы рождаются одинаково, во Вселенной преобладает вещество, а не антивещество.  Ответ может быть связан с нарушением фундаментальных симметрий в слабых взаимодействиях, в которых нейтрино участвует, и экспериментальное изучение этой проблемы занимает центральное место в предложенном проекте P2O", - сообщил один из авторов  проекта, заместитель директора НИЦ "Курчатовский институт" по фундаментальным исследованиям, доктор физико-математических наук Михаил Скорохватов.

 

Отметим, что на данный момент в мире проводится несколько аналогичных исследований нейтрино. Так, в экспериментах T2K в Японии и NOvA в США нейтринные пучки посылаются на расстоянии 295 км. и 810 км. соответственно. По словам Скорохватова, ключевым проектом в этой области считается запланированный на конец 2020-х г.г. эксперимент в США в Национальной лаборатории им. Э. Ферми (Чикаго), находящийся в стадии разработки. Предполагается, что нейтринный пучок из лаборатории Ферми будет направлен на расстояние 1,3 тыс. км к подземному детектору в Южной Дакоте.

 

Скорохватов отметил, что восстановление нейтринного канала на ускорителе У-70  (см.) придаст новый импульс исследованиям на отечественной экспериментальной базе. Осуществление такого эксперимента, по его словам, позволит развить в России инфраструктуру мирового уровня для проведения исследований с нейтринными пучками, способной составить достойную конкуренцию лучшим экспериментальным комплексам США и Японии.

 

"Развитие предложенных идей позволит значительно укрепить и углубить международную кооперацию с европейскими научными центрами. Более того, в рамках этой кооперации Россия сможет занять лидирующие позиции, поскольку в ближайшие годы (а скорее всего, и десятилетия) нейтринный канал на ускорителе У-70 может быть единственным в Европе", — подчеркнул Скорохватов.

 

По материалам: Пресс-центр НИЦ "Курчатовский институт"

 

Примечание публикатора: В качестве иллюстраций использованы фотографии, сделанные во время презентации аван-проекта на научном семинаре  ИФВЭ 14 марта с.г. , с которой выступил один из авторов "Письма о намерениях" - заместитель директора ИФВЭ по науке д. ф.-м. наук А.М.Зайцев.  Отвечая на вопросы, он заметил, в частности, что каждый из трёх основных этапов работ (модернизация ускорителя, создание нейтринного канала и первая фаза набора статистики) потребовал бы, "по самым грубым оценкам", около 50 млн. д. ...

Серия сообщений "ИФВЭ /2/":
Часть 1 - Антиатом для будущего
Часть 2 - Железной рукой
...
Часть 11 - Не забыть бы про экологию
Часть 12 - К вопросу об эксперименте P2O
Часть 13 - Пучком нейтрино - от Протвино до Тулона?
Часть 14 - "Секретная миссия" в ИФВЭ?
Часть 15 - "Open Science 2019" в Гатчине
...
Часть 41 - ИФВЭ - опять новый директор...
Часть 42 - Август-91 в Протвино. Отклики того времени
Часть 43 - Очередная годовщина запуска синхротрона У-70

Нейтрино - загадочная части­ца. Может быть, самая загадочная из тех, что мы знаем. Их особенность  - колоссальная проникающая спо­собность. Можно привести такой пример: нейтрино, испущенные из центра Солнца, могли бы без столк­новений, с большой вероятностью, пройти всю солнечную систему, да­же если бы та была заполнена чугу­ном. Фантастическая проникающая способность обуславливает колос­сальное значение нейтрино в явлени­ях природы.

Примечательно, что в связи с полу­ченными на СУПЕРКАМИАКАНДЭ результатами Клинтон подтвердил признание важности фундаменталь­ной науки. Ведь в одно время возоб­ладало мнение, что в связи с окончанием холодной войны американцы стали придавать меньшее значение фундаментальным физическим ис­следованиям, в подтверждение при­водился, в частности, факт закрытия проекта SSC.

Серия сообщений "Публикации о С.С. Герштейне":
Часть 1 - Последний отпуск Сахарова
Часть 2 - Друг Билл пожалел, что закрыл SSC
Часть 3 - В память об Ефиме Славском
Часть 4 - Явление монополя в доверчивой газете
...
Часть 13 - Ушел академик Семен Соломонович Герштейн
Часть 14 - Погасла «Звезда Физтеха»
Часть 15 - Кончина С.С. Герштейна /официальный некролог/

     Традиционное (24-е по счету) Международное совещание по фундаментальным проблемам физики высоких энергий и теории поля, проходившее 27-29 июня в подмосковном Протвино, началось с сюрприза. С огромного экрана к участникам обратился нобелевский лауреат по физике 1977 года 84-летний Илья Романович Пригожин.    

     Ученый приветствовал собравшихся на уже трудном для него русском языке, а потом, перейдя на более привычный английский, рассказал о подходах возглавляемой им научной школы к одной из главных загадок окружающего мира - проблеме необратимости времени.

     Дело в том, что все установленные закономерности в классической и квантовой физике "симметричны" относительно времени, то есть привычно для нас допускают не только течение его от прошлого к будущему, но и наоборот - от будущего к прошлому. И великий, неразгаданный пока парадокс в том и состоит, что законы обратимы во времени, а вот явления природы - нет. Современная наука пока только приступает к решению этой трудной задачи, имеющей также название "стрела времени".

     Впрочем, проблема обращения времени – но в аспекте возобновления обильного финансирования ядерных исследований (как это было раньше), -  имеет для российских физиков самое что ни на есть практическое значение.

   Вот как говорит об этом главный научный сотрудник отдела теоретической физики Института физики высоких энергий профессор Георгий Пронько:

"Обидно наблюдать, что у нас в Протвино так и остался незавершенным крупнейший российский физический проект конца XX века - создание 21-километрового ускорительно-накопительного комплекса протонов, иными словами, протонного ускорителя. На сооружение гигантского тоннеля было затрачено 750 миллионов долларов. Теперь тоннель есть, но вот денег, чтобы запустить первую ступень ускорителя, нет. А ведь их требуется вчетверо меньше!

Впрочем, наши институтские физики не сидят сложа руки - они придумали, как использовать этот тоннель - правда, не по прямому назначению. На всем его протяжении можно разместить детекторы нейтрино и ловить эти частицы, причем не только те, что летят от Солнца, но, что особенно важно, нейтрино искусственного происхождения, прошедшие через земной шар. Эти нейтрино получают на японских ядерных реакторах. Тоннель такого размера станет уникальным детектором, обещающим новые результаты в физике высоких и сверхвысоких энергий. Мне этот вариант представляется очень перспективным и нужным для России, поскольку он помог бы вдохнуть новую жизнь в отечественную экспериментальную физику и сохранить постепенно умирающие научные школы".

      Изучение нейтрино - это как раз то направление в ядерной физике, которое переживает настоящий бум. И это понятно - оно прокладывает путь к решению другой, не менее интересной, чем проблема времени, загадке: почему поток нейтрино от Солнца заметно меньше того, что рассчитали теоретики. В чем дело - в свойствах нейтрино, свойствах пространства или модель термоядерного синтеза, дающего энергию звездам, ошибочна?

     В общем-то это не такая уж и умозрительная задача, ведь все живое на Земле зависит от Солнца, и человечеству необходимо знать, почему наша звезда ведет себя не так, как положено.

Опубликовано: «Известия-Наука»   -  06.07.2001

Серия сообщений "Письма в "Известия"":
Часть 1 - Приехать и оскорбить президента
Часть 2 - Двенадцатый чемодан
...
Часть 38 - Два чернобыльских крыла
Часть 39 - "Неправильный" лауреат
Часть 40 - Георгий Пронько о "стреле времени" для ИФВЭ
Часть 41 - День независтливых
Часть 42 - 22 апреля: Тело и Дело
Часть 43 - На дне. В годовщину "Курска"
Часть 44 - Путч-91. Грех беспамятства
Часть 45 - Юрий Орлов - о науке, свободе и совести

Серия сообщений "Ad Memoriam":
Часть 1 - У портрета А. Д. Сахарова
Часть 2 - Прощание с титанами ИФВЭ. Энгель Мяэ.
...
Часть 31 - Памяти Александра Жеребцова
Часть 32 - К юбилею академика Боголюбова
Часть 33 - Георгий Пронько о "стреле времени" для ИФВЭ
Часть 34 - Светлая память Иосифа Бродского
Часть 35 - Ушел академик Семен Соломонович Герштейн
...
Часть 46 - Легасов. Помним?
Часть 47 - Высоцкий. Автограф на всю жизнь
Часть 48 - Юрий Орлов - о науке, свободе и совести

Серия сообщений "Совещания, конференции по ФВЭ и ускорителям":
Часть 1 - XIV Международный семинар теоретиков
Часть 2 - Семинар закончен. Работа продолжается.
...
Часть 28 - XXII ускорительная конференция (RuPAC)
Часть 29 - Ускорительщики обсудили "статус-кво"
Часть 30 - Георгий Пронько о "стреле времени" для ИФВЭ
Часть 31 - 2013: новая жизнь «логуновских семинаров»
Часть 32 - Ковиду вопреки: XXXII встреча теоретиков on-line
...
Часть 39 - А вот и школа ОИЯИ по линейным ускорителям
Часть 40 - Традиционная 26-я Балдинская осень в Дубне
Часть 41 - ИФВЭ на конференции по ускорителям RuPAC'25

    Идея по созданию в нашей стране крупнейшего в мире ускорителя протонов была впервые высказана ещё И. В. Курчатовым, и уже в марте 1958 года было принято соответствующее правительственное решение. Начались работы по поиску подходящей площадки для полуторакилометрового гиганта, и после многих «примерок» остановились на лесистой территории неподалёку от Серпухова, на берегу реки Протвы. Строительные работы начались в 1960 году, а в ноябре 1963-го был подписан приказ ГКАЭ СССР об организации Института физики высоких энергий как самостоятельно действующего института. Осенью 1967 года (в ночь на 14 октября) протонный синхротрон был запущен, и практически сразу же была достигнута энергия протонов в 76 млрд электрон-вольт (76 ГэВ). Это был «мировой рекорд», и симптоматично, что достигнут он был в присутствии представительной делегации Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН, Швейцария).

Собственно говоря, именно тогда и именно здесь положено начало широкому международному сотрудничеству нашей страны в области «физики высших мировых достижений», активно продолжающемуся сейчас на более мощных зарубежных ускорителях. А тогда каждый новый эксперимент на У-70 был шагом в неведомое.…

В частности, 1971-м годом датируется физическое открытие, совершённое здесь: при взаимодействии частиц при энергиях ускорителя У-70 впервые удалось получить подтверждение их сложной внутренней структуры, или, другими словами, экспериментально подтвердить кварковую теорию строения протонов, нейтронов и некоторых других частиц, относящихся к классу т. н. адронов. Сама кварковая теория, с получением новых результатов на ещё более высоких энергиях взаимодействия на других ускорителях, заметно усложнилась.

Как в этом разобраться, над чем сейчас работают физики — это и попытался объяснить в нашей беседе, не прибегая к сложным формулам, главный научный сотрудник ИФВЭ академик Семён Соломонович Герштейн.

 — Начнём с того, что 100 лет назад человечеству были известны только два вида сил, два вида взаимодействия: гравитационное и электромагнитное. Потом выяснилось, что ядро атома состоит из нейтронов и положительно заряженных протонов, которые должны отталкиваться, как и положено одноименным зарядам по закону Кулона. Но ядро оказалось «крепким орешком» — какие-то неведомые силы, в сотни раз более сильные, чем кулоновские, удерживают протоны в ядре вместе. Появилось представление о новом виде сил, которые договорились так и называть — «сильными», как и все ядерные взаимодействия. Этим картина не ограничилась: выяснилось, что некоторые ядра могут самопроизвольно испускать электроны (бета-распад) и гамма-кванты, и что свободный нейтрон сам по себе живёт около 16 минут, а затем распадается на протон, электрон и нейтрино. Стало ясно, что ядерные, сильные взаимодействия тут ни при чём, потому что они на 14 порядков превосходят те энергии, которые регистрируются в процессах бета-распада. Электромагнитными силами бета-распад тогда тоже не удалось объяснить, и пришлось ввести ещё один вид сил, получивший наименование «слабых». Сначала казалось, что существует пять разных типов слабого взаимодействия, пять разных сил. Но когда в середине 20-го века начали строить ускорители и наблюдать распады и рождения частиц, то за 40–50 лет «набралось» разных частиц больше сотни, разных по массе, по знаку заряда, по времени жизни, по способности участвовать сразу в нескольких типах взаимодействия, и так далее. Одна и та же частица в одном и том же эксперименте может распадаться по-разному.

От такого разнообразия веяло хаосом, хотелось привести все наблюдаемые взаимодействия к некому общему знаменателю. Отчасти это получилось, слабые силы удалось увязать с электромагнитными, теперь у нас общепринятой является модель электрослабого взаимодействия, и я счастлив, что внёс в это объединение свою лепту. Дальнейшей желанной перспективой для физиков является модель «Великого объединения», когда будут, надеюсь, сведены воедино все известные нам силы, включая и гравитацию. Сделать это непросто, поскольку существуют неразгаданные ещё противоречия. Мы видим, что частицы, которые мы создаём искусственно, имеют обыкновение рождаться парами: электрон — позитрон, нейтрино — антинейтрино, протон — антипротон… Но во всём обозримом пространстве мы не обнаруживаем антиматерии; античастицы иногда встречаются в космосе, создаются на ускорителях, а антиматерия — нет. И потом, электромагнитные взаимодействия — это притяжение и отталкивание, а гравитационного отталкивания мы не знаем, пока наблюдается только всемирное тяготение. Как могли возникнуть в природе такие асимметрии? Нет вразумительного объяснения, нет и «Великого объединения».

А что удалось или почти удалось сейчас? Более-менее стройное теоретическое здание выстроено в виде так называемой «Стандартной модели». Учёные договорились все известные силы считать «обменными» — это когда взаимодействие осуществляется с помощью частиц-переносчиков, или квантов того или иного силового поля. Таким образом, действие разных на первый взгляд сил укладывается в рамки общей «Стандартной модели». В 1935 году японский физик Юкава выдвинул гипотезу об обменном механизме ядерного сцепления и предсказал массу пи-мезона — частицы, ответственной за это взаимодействие. Его предсказание блестяще подтвердилось, правда, мезонов разных типов оказалось целое семейство, но «Стандартной модели» это не повредило.

Фотон — безмассовый квант электромагнитного поля, переносчик электромагнитного взаимодействия — нам знаком уже давно. Существование квантов слабого поля — W-и Z-бозонов также вытекало из «Стандартной модели». Физики Салам и Вайнберг разработали единую систему уравнений для уже единого электрослабого взаимодействия и, опираясь на эту теорию, вычислили и предсказали массу W-бозона, за что они и получили Нобелевскую премию. В 1983 году в ЦЕРНе Ван дер Меер и Руббиа экспериментально обнаружили W-и Z-бозоны, и тоже стали нобелевскими лауреатами.

К типу сильного взаимодействия относится не только связь нуклонов в ядре, осуществляемая с участием мезонов, но и связь кварков внутри нуклонов, осуществляемая глюонами. Пока ни кварков, ни глюонов в свободном состоянии наблюдать не удалось.

Тем не менее, большое количество правильно предсказанных «Стандартной моделью» результатов даёт основания полагать, что все силы действуют именно по обменной схеме. Да и частицы-переносчики всех взаимодействий, кроме гравитационного, уже экспериментально обнаружены, но гравитация — это особый случай.

Чтобы как-то наглядно представить обменное взаимодействие, надо вообразить, что, к примеру, электрон не «голый», а как бы фонтанирует фотонами, но эти фотоны не отправляются в свободный полёт, а возвращаются обратно, электрон как бы одет в «фотонную шубу». Если поблизости ничего нет, электрон таким образом взаимодействует сам с собой, а если поблизости есть другая заряженная частица, то она может захватить чужие фотоны или отдать свои. То есть произойдет обмен. Примерно так же можно представить себе атомное ядро, в котором каждый из составляющих его нуклонов одет в «мезонные шубы», создаёт вокруг себя мезонное поле, непрерывно испуская и поглощая виртуальные мезоны. Внутри такой мезонной оболочки, то есть на расстояниях между частицами меньших 10^-13 см, кулоновское отталкивание протонов бессильно против сильного взаимодействия, и нуклоны как бы крепко заперты внутри ядра. Причем нуклон не состоит из мезонов, нуклон их непрерывно рождает и поглощает, обменивается ими с соседями, идёт такая бурная жизнедеятельность. Мы называем мезоны виртуальными, потому что испускания и поглощения происходят слишком быстро, но их нельзя назвать несуществующими: при столкновении быстрых протонов мезоны могут получить достаточно энергии для независимого существования в течение одной-двух стомиллионных долей секунды, но наши приборы успевают их зафиксировать, а потом по следам распада можно вычислить их массу, заряд, момент вращения (спин) и другие параметры.

А вот кварки оказались подходящим «конструктором для сборки» протонов и нейтронов: всего трёх кварков и антикварков хватило на первых порах. Но потом открыли частицу по имени J/y, и для объяснения её свойств понадобилось ввести в рассмотрение четвёртый кварк. Он был уже предсказан, назван «очарованным», комбинировался с тремя первыми, при сборке частиц с участием четвёртого кварка получались «очарованные» мезоны, которые удалось наблюдать экспериментально. Таким образом, кварковая модель восторжествовала. В 1977 была открыта ещё одна частица, которая в четырёхкварковую модель не вписывалась, пришлось предложить пятый кварк, получивший новое квантовое свойство — «прелесть», charm по-английски. Но и пятикварковой моделью, как показали последующие исследования, дело не ограничивается, на подходе шестой — «правдивый» (от английского truth) t-кварк. Уже само это разнообразие кварков свидетельствует о том, что считать детали кваркового конструктора простыми, элементарными — нельзя.

Чем больше мы узнаём, изучая эти глубинные свойства микромира с помощью всё более мощных ускорителей, тем больше новых загадок и новых открытий. Думается, сейчас надо ждать определённого «прорыва» от синтеза физики микрочастиц и космологии. Учёные тридцать лет сомневались, правильна ли идея о термоядерном происхождении солнечной энергии, потому что никак не удавалось обнаружить тот поток нейтрино, который должен падать на Землю, если на Солнце действительно происходит реакция слияния ядер водорода в ядра гелия. При этой реакции выделяется столько нейтрино, что их приходит 6*10¹⁰ на каждый квадратный сантиметр земной поверхности каждую секунду. Подумайте только — через каждый сантиметр нашей кожи каждую секунду проходит 60 триллионов частиц, а мы этого не чувствуем и даже не догадываемся… Теперь, когда мы умеем ловить нейтрино и другие частицы из космоса, а научились мы этому благодаря физике частиц, мы можем подобраться к задаче о скрытой массе и энергии Вселенной, которая мне представляется задачей номер один на ближайшие сто лет.

О чем идёт речь? Наблюдаемая динамика расширения Вселенной предполагает определённую плотность материи. Та материя, которую мы знаем, может дать только малую часть  этой плотности. Где же остальное? Может быть, ответ надо искать, углубившись в ещё более тонкие структуры вещества, спуститься от ядерных размеров   10^-13 см к расстояниям порядка 10^-33 см, посмотреть, а что же там?

Хотя сейчас уже вряд ли кто-то надеется отыскать даже в таких глубинах что-нибудь воистину элементарное…

Опубликовно: журнал "Росэнергоатом", №12, 2003 г.

Заседание Научно-технического совета ИФВЭ, проходившее 5 апреля, было посвящено, в основном, вопросам методики физичес­кого эксперимента, и  началось с доклада сотрудника ОЭФ С.В. Головкина «Состояние разработки координатных детекторов на капиллярах с жидким сцинтиллятором».

   Вот о чём он рассказал.  К настоящему времени в ИФВЭ разработаны, изготовлены и испы­таны  на пучках частиц ускорителя У-70 несколь­ко прототипов таких детекторов, что оценено  докладчиком, как "определенный прорыв в области высокоточных трековых приборов". При  использовании капиллярных сборок с диаметром капилля­ров до 20 мкм достигнута точность  локализации треков до 7 мкм при разрешении двух треков до 100 мкм и длине затухания светового  сигнала по­рядка одного метра.

Затем было заслушано сообщение председателя комиссии НТС по международному сотрудничеству А.К. Лиходеда о работе по проведению кон­курса по изучению опыта зарубежных лаборато­рий (т. н. «визитные командировки»). Сообщение принято НТС к сведению, равно как и высказанное мнение комиссии о весьма условном характе­ре конкурса.

Далее член-корреспондент АН СССР С. С. Герштейн рассказал о проведенном  месяцем ранее в ИФВЭ рабочем совещании по использованию мо­нокристаллов в физике высоких энергий. Интерес к работам но этой тематике, развернутым в пос­леднее время в ИФВЭ, оказался весьма высоким: на совещании присутствовали представители 11 институтов страны, известен и международный от­клик на первые опубликованные результаты.  И теория явления, и эксперименты в реальных усло­виях, разработанные специалистами ИФВЭ, нахо­дятся на лидирующих позициях в ускорительной науке и практике. Важно не упустить инициативу и развивать достигнутое, тем более что на сове­щании выработан целый ряд предложений по кон­кретным исследованиям. НТС согласился с пред­ложением докладчика: отметить вклад в развитие тематики целого ряда сотрудников Института и создать рабочую группу по координации дальней­ших исследований под руководством Н.В. Мохова (Отдел радиационных измерений).

Следуя повестке дня, НТС заслушал промежу­точные итоги работы комиссии ИФВЭ по выработке проекта Устава Института. Отмечено, что развитие событий в стране подтвердило необходи­мость проработки главы о контрактной системе найма и оплаты труда работников. Работа над проектом Устава должна быть закончена до кон­ференции трудового коллектива, намеченной на 25 апреля.

Нейтринный детектор ИФВЭ - это многометровая толща железа, непроницаемая для для других частиц

Завершилось заседание НТС информацией С.С. Герштейна о появившихся публикациях об обнаружении нейтрино с массой около 17 КэВ. Это весьма интересно и для физики микромира, и для развития космологической теории. Важно поэтому в развитии экспериментальной базы ИФВЭ особое внимание уделить комплексу мече­ных нейтрино (КМН), и, возможно, предусмот­реть вывод пучка из 1 ступени УНК. Предложе­ния авторитетного не только в ИФВЭ теоретика приняты НТС «для обдумывания».

Опубликовано: газета «Ускоритель» - 12 апреля 1991 г.

Серия сообщений "С заседаний НТС ИФВЭ":
Часть 1 - Решения простые и непростые
Часть 2 - НТС открывает весну
Часть 3 - Ускоритель работал хорошо
Часть 4 - Для будущих экспериментов
Часть 5 - О науке в День науки
Часть 6 - Будет аттестация!
...
Часть 25 - Явление монополя в доверчивой газете
Часть 26 - У-70 переходит на укороченные сеансы
Часть 27 - Состоялось "юбилейное" заседание НТС ИФВЭ

Серия сообщений "Совещания, конференции по ФВЭ и ускорителям":
Часть 1 - XIV Международный семинар теоретиков
Часть 2 - Семинар закончен. Работа продолжается.
...
Часть 22 - О "чёрных дырах" в космосе и на Земле
Часть 23 - В Протвино опять поправляли Эйнштейна
Часть 24 - Пригожинские деньки
Часть 25 - XXXIX. ИФВЭ возрождает традицию
Часть 26 - Юбилейный семинар теоретиков
...
Часть 39 - А вот и школа ОИЯИ по линейным ускорителям
Часть 40 - Традиционная 26-я Балдинская осень в Дубне
Часть 41 - ИФВЭ на конференции по ускорителям RuPAC'25

На Байкале научились ловить нейтрино

В странном и загадочном мире элементарных частиц нейтрино всегда стояло особняком. Достаточно вспомнить, что эта частица не имеет не только заряда, но и массы (точнее сказать, масса покоя нейтрино, по оценкам, в несколько тысяч раз меньше массы электрона).

Нейтрино не открыли в результате эксперимента, как многие другие "приличные" частицы, а буквально "выдумали" (благодаря гениальной догадке Вольфганга Паули в начале 30-х годов), так пряммыми методами его невозможно зарегистрировать. Вернее, почти невозможно. Несмотря на потрясающую проникающую способность этой частицы-призрака (так, по расчетам, из каждых 10 в 10-й степени нейтрино, пронизывающих Землю, поглощается только одна частица), физики все же научились по косвенным доказательствам отделять нейтрино от других частиц. При этом используется тот экспериментально установленный факт, что при столкновении высокоэнергетических космических частиц с ядрами атомов вещества (воздуха, воды, грунта) рождаются короткоживущие частицы - пи-мезоны, которые тут же распадаются на пару иных частиц - мюон и нейтрино.

Был такой газетный штамп - "наука на марше". Сегодня фундаментальная наука в таком сложном положении, что о "марше" говорить не приходится - тут бы просто дотянуть до лучших времен, выжить. Но знакомство с физиком Денисовым может разубедить любого скептика. Несуетно и результативно он все эти годы делает свою работу - занимается физикой.

     Май текущего года выдался памятным для начальника Отдела   нейтринной физики ГНЦ РФ "Институт физики высоких энергий",   доктора физико-математических наук Сергея Петровича Денисова. В   начале месяца он отметил свой 60-летний юбилей, а на исходе мая,   выдержав жесточайший конкурс (на 3 вакансии по отделению ядерной физики   было около 70 претендентов!), был избран членом-корреспондентом   Российской Академии наук.

   Будучи совсем молодым физиком, Сергей Денисов пришел в ИФВЭ в   самые первые годы его существования, и прошел вместе с ним путь,   измеряемый почти четырьмя десятилетиями. Институт теперь - один из   крупнейших государственных научных центров страны, а Сергей   Петрович - один из его самых уважаемых ученых, хорошо известных не  только в отечественной, но и  в мировой науке. Результаты его научных поисков (открытие антигелия-3, энергетической зависимости полных сечений адронных взаимодействий, масштабной инвариантности сечений образования адронов) вошли в перечень важнейших, общепризнанных достижений в физике высоких энергий.

Во время недавней сессии НКС ИВФЭ (Научно-координационного совета, членами которого на 2/3 являются ведущие ученые других "родственных" институтов страны), сообщение Денисова вызвало особый интерес.

 Дело в том, что другие докладчики, рассказывая о результатах проведенных экспериментов или о программе будущих исследований, так или иначе связывали свою работу с функционированием ускорителя ИФВЭ - протонного синхротрона на энергию 70 гигаэлектрон-вольт (У-70), крупнейшего в России, либо с сооружаемым вот уже 15 лет новым ускорителем - УНК, который и по размерам, и по энергии будет на порядок больше (ещё теплятся надежды, что заработает этот ускоритель -  видимо, уже в новом веке).

Первая часть выступления Денисова также касалась работы на пучках вторичных частиц У-70. Речь шла об исследованиях на уникальном физическом приборе - комплексе меченых нейтрино (КМН), созданном Сергеем Петровичем с сотрудниками. Нейтрино, как известно, выделяется среди других обитателей микромира тем, что, не имея заряда и массы покоя, эта частица чрезвычайно трудноуловима, и для исследования нейтрино приходится сооружать многометровые и многотонные детекторы. КМН, благодаря разработанной и опробованной в ИФВЭ методике "мечения", позволяет не только регистрировать нейтрино, но прослеживать их путь от рождения до взаимодействия с другими частицами. С пучками нейтрино экспериментируют и в других ускорительных центрах (их в мире считанные единицы), но с такой "дотошностью" - только здесь, в Протвино.

А вот вторая часть доклада была посвящена неожиданно открывшейся возможности использовать нейтринные детекторы, во "внепучковом" режиме - на космических частицах высоких и сверхвысоких энергий, поступающих из внеземных источников. Это два спектрометра на жидком аргоне, получивших название БАРС (большой аргоновый спектрометр). В каждом БАРСе - 260 тонн жидкого аргона. Именно в этом сжиженном газе удается с помощью многочисленных координатных детекторов и быстрой электроники получать достоверные данные о траекториях высокоэнергетических частиц и изучать их взаимодействия. Вся информация "визуализируется" с помощью ЭВМ в виде, удобном для последующего анализа и сопоставления с теоретическими расчетами - в таком сопоставлении и добывается новое знание о свойствах микрочастиц.

На снимке: Вид на спектрометры БАРС  в галерее нейтринного канала

Как сообщил профессор Денисов, специалисты - "космики", посмотрев полученные недавно "картинки" космических ливней, зарегистрированных БАРСом, были удивлены точностью и качеством определения характеристик космических частиц. Тут же были предложены программа экспериментов. Один из них - изучение спектров "горизонтальных" мюонов,- уже ведется с прошлого года, первые результаты уже доложены на двух международных конференциях и встречены с большим интересом. Готовится предложение по изучению на БАРСах высокоэнергетических каскадов вторичного космического излучения - т.н. "широких атмосферных ливней" (ШАЛ). Кроме физиков ИФВЭ, в эксперименте будут участвовать ученые из наших ФИАНа, ИЯИ РАН, МИФИ, а также из Армении, Германии, Италии.

Выступивший затем специалист по "космике", член-корреспондент РАН из ФИАНа С.И.Никольский подчеркнул, что благодаря уникальным характеристикам БАРСов появляется возможность провести детальные исследования ШАЛов с энергиями выше 100 ГэВ и уточнить полученные ранее данные, указывающие на изменение картины взаимодействия частиц при сверхвысоких энергиях. Открывается путь к уточнению современных теоретических моделей, в равной степени касающихся объектов как микромира, так и астрофизики. На этом пути БАРСы могут стать буквально "локомотивом", берущим на себя работу, непосильную для прежних исследовательских установок (это, кстати сказать, размещенные в подземных шахтах или в толщах вод циклопические сооружения - например, в Баксанском ущелье на Кавказе или в водах Байкала).  

Опубликовано: "Независимая газета" - 1 июля 1997 г. 

Серия сообщений "Публикации о С.П. Денисове":
Часть 1 - БАРС - охотник за нейтрино
Часть 2 - АТЛАС - детище конверсии
Часть 3 - Увидеть бозон Хиггса
...
Часть 5 - К 80-летию академика Сергея Денисова
Часть 6 - «Последние кирпичики» в Стандартную модель
Часть 7 - Учёному ИФВЭ присуждена золотая медаль РАН