В новосибирском институте ядерной физики «ткут» антиматерию

Событие в науке мирового уровня: в новосибирском Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН в ходе плановых экспериментов по физике элементарных частиц на новом электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-2000 достигнут режим работы, при котором началось массовое рождение антинуклонов.

Антинуклоны — антипротоны и антинейтроны — рождаются в парах со своими частицами-партнёрами — протонами и нейтронами. Энергетический порог реакции — когда становится возможным массовое появление античастиц — около 1850 миллионов электрон-вольт (МэВ). Достижение именно таких параметров стало возможным при запуске в действие коллайдера ВЭПП-2000 на полную мощность в начале апреля сего года. Каждый из встречных пучков элементарных частиц при разгоне к скорости близкой к скорости света набрал напряжение около 1000 МэВ (в сумме — 2000 МэВ).

В высоком вакууме полого «бублика» коллайдера в заданном месте происходит столкновение двух встречных «эшелонов» электронов и протонов, и на мгновения, поддающиеся измерениям сверхточной аппаратуры, появляются на свет новые частицы, антипротоны и антинейтроны, изучение свойств и взаимодействий которых, как надеются учёные, позволит получить новые знания о глубинах материи.

В настоящее время состоялось уже более тысячи «событий» — фактов рождения антинуклонов, проводится их анализ, лаборатории ИЯФ готовятся к продолжению экспериментов.

Антипротоны и антинейтроны — партнёры протонов и нейтронов, самых лёгких и самых распространённых барионов. Именно в протонах и нейтронах сосредоточена основная масса всего вещественного мира, звёзд и планет. И постижение их взаимодействия с античастицами даёт возможность физикам существенно продвинуться вперёд.

На главном пульте управления коллайдером в этот день было тихо, — техническая пауза. И руководитель работ, заведующий лабораторией ИЯФ, член-корреспондент РАН, профессор Юрий Михайлович Шатунов даёт пояснения:

— Напомню, что именно в нашем институте по идее Будкера была создана первая в мире установка по работе на встречных пучках. С годами менялись поколения исследователей, совершенствовалась экспериментальная база, но принцип, взятый за основу его первыми разработчиками, остаётся и на новом коллайдере ВЭПП-2000. К слову, предыдущий коллайдер ВЭПП-2М установил своеобразный рекорд продолжительности работы — 26 лет. С его помощью была основательно улучшена таблица свойств элементарных частиц. К концу прошлого века нам уже было ясно, что он морально устарел, но в те годы российская наука буквально выживала, и институт накапливал силы. Со временем ситуация улучшалась, ИЯФ стал неплохо зарабатывать на заказах, в частности, от ЦЕРНа для того же Большого адронного коллайдера, и с начала нового тысячелетия и века мы начали строить ВЭПП-2000, установку, которую сами «выдумали», потому что чётко представляли себе её назначение и параметры.

Параллельно с разработкой и созданием новой установки сделали реконструкцию, точнее сказать — по новой воссоздали детекторы — агрегаты по улавливанию и фиксированию новых частиц.

Первые удачные эксперименты были проведены в 2007 году, но это были пока единицы «событий». Мы понимали, что нужно наращивать мощности, повышать напряжение, и вот в начале апреля 2011 года мы, наконец, вышли на нужные нам параметры, и началось массовое рождение анитинуклонов.

И сам коллайдер, и все его структурные узлы сегодня управляются автоматически новейшей компьютерной техникой: мы задаём программу деятельности и — поехали!

ВЭПП-2000 отличается от своего предшественника так называемой светимостью, то есть способностью производить интересные для физиков события. Эта светимость на один-два порядка выше, чем у предшественника — ВЭПП-2М. Ещё одно важное отличие — круглый пучок, что дает возможность увеличить максимальный ток. Всё это в сумме позволило нам уверенно освоить ту нишу в физике высоких энергий, на которую мы и рассчитывали. Теперь предстоит кропотливое накопление и изучение материалов экспериментов.

В другом, уже более скромном помещении — на пульте управления детектором СНД коллайдера ВЭПП-2000, мы беседуем с другим заведующим научно-исследовательской лабораторией института, доктором физико-математических наук, профессором Сергеем Ивановичем Середняковым.

Он, словно извиняясь за некоторую тесноту, поясняет: новый коллайдер сооружали в старых стенах, всё стоит денег, а на «излишества», то есть современные стены, их не тратили, — всё уходило на оборудование, а «мы уж как-нибудь»... Пульты с экранами дисплеев, стол, скромный диванчик в углу комнаты: эксперименты проводятся в круглосуточном режиме, иногда надо и передохнуть.

— Как вы, наверное, уже знаете, — говорит Сергей Иванович, — барионная антиматерия — это тоже частицы микромира, состоящие из трёх кварков. Впервые они были получены ещё полвека назад, но ВЭПП-2000 позволяет отслеживать их судьбу в массовом порядке, то есть накопление научной информации возрастает многократно. И мы можем на экране компьютера наблюдать, как они рождаются и умирают. Сам процесс занимает миллионные доли секунды, но компьютер фиксирует всё в памяти и воспроизводит процессы с нужной нам скоростью и последовательностью. Здесь же мы становимся свидетелями аннигиляции, превращения вещества и антивещества, по сути, в чистую энергию. Разумеется, это не та энергия, которая может найти практическое применение, но человеческая мысль на подступах к тому, чтобы понять, постичь взаимосвязь энергии и вещества. Вот за этими экранными искорками и всполохами — большое будущее.

Впервые созданный в СССР коллайдер и принципы научных исследований на нём впоследствии нашли применение во всём мире. Эксперименты, подобные нашему, проводились и в Дубне, и на лептонном коллайдере в ЦЕРНе (до Большого адронного коллайдера), и в Штатах, но так уж случилось, что именно ИЯФ стал первым институтом, где стали наблюдать массовое рождение античастиц на самом пороге реакции.

Любопытная деталь: за день до встреч в ИЯФе нам довелось увидеть по телеканалу «Россия» в прямом эфире очередную «битву» академика Эдуарда Павловича Круглякова с одним из представителей лженауки Виктором Ивановичем Петриком. Надо отдать должное телеведущему: в конце программы он своеобразно и образно подытожил: «Виктор Иванович, бери шинель (речь шла о пресловутых фильтрах для очистки воды) — айда домой!»

Далеко не каждая программа по TV кончается прямым разоблачением шарлатанов от науки. Но вот что интересно было на этот раз: в студию были приглашены два известных депутата Госдумы, и один из них так прямо и выразился: да что там академики, в науке шарлатанов сегодня больше всего. Они тратят на свои непонятные исследования миллиарды, а потом, если результата нет, разводят руками.

Мы не удержались и спросили об этом «пассаже» мнение Сергея Ивановича Середнякова. Учёный, хотя вопрос, чувствуется, не совсем и понял, но добросовестно перечислил некоторые научные открытия и разработки ИЯФа, в частности, сказал, что за последние пять лет коллектив лаборатории опубликовал около пятидесяти научных статей в ведущих научных журналах с высоким рейтингом, а каждая публикация проходит оценку квалифицированных экспертов мирового уровня и т.д. То есть серьёзному человеку вообще не понятно, что там могут говорить о понапрасну затраченных средствах уважаемые депутаты. Но, увы, власть преподносит нам подобные факты научной «осведомлённости» «верхов» довольно часто: что доказывают и контакты того же Петрика с некоторыми сильными мира сего...

Уже после посещения ИЯФа мы спросили мнение о новом коллайдере ещё одного человека — заведующего лабораторией института, члена-корреспондента РАН, члена экспертного совета ЦЕРН по научному планированию, профессора, декана физического факультета НГУ Александра Евгеньевича Бондаря. Вот что он нам сказал:

— ВЭПП-2000 и БАК — две разные машины. Мощности, конечно, несопоставимые: ВЭПП-2000 — это два десятка метров, а БАК — на сегодня крупнейший международный проект — 27 километров. Но тот и другой коллайдеры соответствуют решению определённых задач. То, что сегодня мы получаем на ВЭПП-2000, возможно только в ИЯФе. В этом смысле наш институт находится, безусловно, на самом передовом рубеже современной науки. К тому же экспериментальная база института — это учебная площадка для студентов НГУ. С третьего курса они у нас уже практикуются постоянно, участвуют в самых передовых научных исследованиях. Так было задумано ещё в прошлом веке, с момента создания СО АН СССР и ИЯФ, и одним из первых профессоров НГУ был академик Будкер. Так остаётся и сейчас. Опыт синтеза науки и образования за полвека доказал свою силу, надеюсь, что так будет и впредь.

«НВС» неоднократно писала о том, что дают практике, промышленной и медицинской, научные разработки ИЯФ. Даже те, сугубо «фундаментальные», которые, казалось бы, сегодня чрезвычайно далеки от жизни. Но в заключение этих заметок напомним всё же читателям, что ИЯФ СО РАН — один из немногих, а по некоторым позициям единственный институт, имеющий широчайшую сферу международного сотрудничества. Именно здесь созданы четыре центра коллективного пользования: Сибирский центр синхротронного излучения, центры фотохимических исследований, геохронологии кайнозоя, электронно-лучевых технологий, которыми пользуются сотни научных учреждений и организаций.

Среди примеров международного сотрудничества ИЯФ СО РАН — кроме уже названных — участие в проектах В-фабрик в США и Японии, в реализации источника синхротронного излучения PETRA-III и рентгеновского лазера на свободных электронах в Гамбурге и т.д.

Наконец, ИЯФ СО РАН — один из крупнейших партнёров научно-исследовательских центров «Курчатовский институт», Зеленограда, Дубны, Снежинска. И его новое научное достижение, надо полагать, лишь упрочит за ним славу одного из самых серьёзных институтов мира своего профиля.