Физика круглого стола

Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН отметил двойной юбилей - 60 лет со дня основания и 100 лет со дня рождения основателя. К поздравлениям в адрес самого известного института в Сибири присоединились и многочисленные друзья и коллеги ИЯФ из СО РАН, Дубны, Москвы, Сарова, научных организаций России и зарубежья. На юбилейной конференции "Вклад Г.И.Будкера и его института в мировую науку" физики обсудили историю и перспективы установок ИЯФ СО РАН.
Директор ИЯФ СО РАН академик Павел Владимирович Логачёв обозначил цель научного форума: "Еще раз, глубоко и нестандартно, посмотрев на наше прошлое, убедиться в правильности того, что мы собираемся делать в будущем… У института должны быть ясные, четкие цели и ориентиры. Как мне кажется, самое важное, к чему нужно стремиться, - это браться за те задачи, выполнить которые сегодня кажется невозможным. Малая реалистичность является критерием правильного выбора: по крайней мере, так делал Будкер".
Научный руководитель ИЯФ академик Александр Николаевич Скринский отметил другую черту будкеровского стиля управления - демократичность и равенство мнений при обсуждении важных решений. Знаменитый черный круглый стол для совещаний появился в институте фактически одновременно с первой установкой, электронным ускорителем ВЭП-1. Его изготовили в Москве еще до окончания строительства ИЯФ, а затем перевезли и смонтировали в новосибирском Академгородке. "Это была настоящая эпопея", - сказал Александр Скринский. По его словам, после начавшихся в 1965 году экспериментов в ИЯФ и Стэнфорде, "...самым главным результатом стала доказанная возможность успешных экспериментов по физике элементарных частиц на плотных пучках".
История Института ядерной физики - история его установок и их эволюции. Еще в 1957 году Герш Ицкович Будкер выдвинул идею электрон-позитронного ускорителя, которую поддержал академик Игорь Васильевич Курчатов. С этого момента берет начало другая "настоящая эпопея" - коллайдера ВЭПП-2 и его дальнейших превращений. Первый крупный научный результат, полученный на этой установке, - открытие  -мезонного резонанса - принес Ленинскую премию 1967 года, а в 1970-м на ней же было обнаружено множественное рождение адронов. Присоединение к ВЭПП-2 в 1972 году еще одного кольца-накопителя позитронов превратило ускоритель в ВЭПП-2М, который, в свою очередь, в 2000 году был модернизирован до ВЭПП-2000. "Мы искали путь увеличения энергии и светимости, не распространяясь за границы не только института, но и одного экспериментального зала, и нашли выход в применении так называемых круглых пучков", - прокомментировал член-корреспондент РАН Юрий Михайлович Шатунов. В 2014-2017 установка прошла апгрейд без переименования и сегодня успешно используется в том числе в международных проектах.
Другая историческая линейка начинается с ВЭПП-3, на котором в 1973 году было получено рентгеновское синхротронное излучение (СИ), быстро ставшее популярным инструментом у ученых разных направлений. Как отметил академик Геннадий Николаевич Кулипанов, в ИЯФе впервые в мире удалось создать "рентгено-диффузионное кино" с интервалами между "кадрами" (моментами фиксации изображения) до 5 наносекунд. В 1970-1980-е годы сибирский источник СИ активно использовался в отечественных и международных экспериментах. Так, в московском Институте молекулярной биологии имени В.А.Энгельгардта РАН под руководством доктора физико-математических наук Марка Александровича Мокульского шли исследования солей ДНК. Участница конференции в ИЯФ кандидат физико-математических наук Альвина Андреевна Вазина из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (подмосковное Пущино) рассказала о применении СИ в изучении структуры биополимеров с большими периодами - например, мышечных тканей. В рамках Сибирского отделения Академии наук СИ легло в основу многих междисциплинарных исследований: в частности, кинетики химических реакций, нанокатализаторов, динамики взрыва и детонации, палеоклимата по донным осадкам сибирских озер.
"В 1977 году, в самый разгар холодной войны, было подписано советско-британское соглашение о научно-техническом сотрудничестве, в том числе в области синхротронного излучения, - напомнил Г.Н.Кулипанов. - Этот пункт включили англичане как заинтересованная сторона, в 1978-1981 годах они активно использовали возможности ВЭПП-3... Впрочем, и для нас получилась хорошая школа международного сотрудничества, около 50 специалистов ИЯФ впервые выехали за рубеж". Ученый рассказал также об использовании СИ в сравнении лунного грунта, доставленного на землю советскими автоматическими станциями и астронавтами США. "Анализ показал почти полную идентичность состава тех и других образцов, - сказал Геннадий Кулипанов, - и это отвергает сегодняшние инсинуации о том, что американцы не высаживались на Луне".
Академик Г.Кулипанов рассказал о двух источниках СИ, "Сибирь-1" и "Сибирь-2", изготовленных в ИЯФ для Курчатовского института: на запуске второго из них в 1999 году присутствовал Владимир Владимирович Путин. "Сегодня в нашей стране есть четыре действующих и один строящийся синхротрон, но все они принадлежат ко второму поколению, - констатировал ученый. - Новый глоток надежды дали посещение президентом РФ нашего института и Академгородка 8 февраля нынешнего года и последовавшие за этим поручения... Для Курчатовского института будет строиться источник СИ четвертого поколения, для ИЯФ - "3+"... Это интеграционный проект, который должен приносить интеграционные эффекты".
По словам Геннадия Кулипанова, сооружение первой очереди сибирского синхротрона (10 каналов вывода и столько же рабочих станций) должно начаться в 2019 году, займет 5 лет и потребует около 30 миллиардов рублей; вторая очередь (32 канала и 32 станции) может быть запущена еще через пятилетку при вложении 10,7 миллиардов. Проект получил название СКИФ - Сибирский кольцевой источник фотонов. На сегодняшний же день основным работающим источником СИ для сибирских ученых служит ВЭПП-4М, результат многоэтапной модернизации ВЭПП-3.
Как сообщил заместитель директора ИЯФ член-корреспондент РАН Юрий Анатольевич Тихонов, сегодня в мире работает четыре электрон-позитронных коллайдера, два из которых - в Институте ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН. Об участии сибирских физиков в трех перспективных проектах этого же плана рассказал замдиректора ИЯФ доктор физико-математических наук Евгений Борисович Левичев. Разрабатываемый на базе ЦЕРН ускоритель FCC рассчитывается на высочайшие в мире мощности - от 45 до 182 ТэВ - и должен стать крупнейшим научным сооружением за всю историю человечества. Кольцо длиной в 100 километров протянется под Альпами, окрестностями Женевы и дном одноименного озера. В основе FCC лежит идея Crab Waist - встречи и кратковременного "захвата" сжатых пучков под большим углом, что должно повысить светимость на 1-2 порядка. Первые контакты по этому проекту с учеными ИЯФ начались в 2011 году. Представители института участвуют в ежегодных совещаниях по FCC, собирающих 500-700 участников, и пишут три главы в Conceptual Report по этому проекту.

В мире проектируется также два новых коллайдера со средними показателями энергии пучка (1-3,5 ГэВ) и периметра (600-1000 метров). Это установка в USTC Китайской академии наук и новосибирская Супер чарм-тау фабрика (СЧТФ), которая также будет использовать эффект Crab Waist. "Наш проект утвержден Минобрнауки РФ в качестве одного из первых шести национальных объектов научной инфраструктуры уровня мегасайнс, - сообщил Евгений Левичев. - Есть распоряжение правительства: предоставить к концу 2019 года документы, необходимые для начала финансирования". Как отметил ученый, СЧТФ "модернизируется еще на стадии проектирования": так, периметр кольца сочли целесообразным уменьшить с 800 до 600 метров. "Реализация такого проекта была бы существенным вкладом в физику элементарных частиц", - считает Юрий Тихонов, выступавший на конференции в ИЯФ с обзором мировых тенденций в использовании и проектировании ускорителей.
Третий же тип перспективного электрон-позитронного коллайдера рассчитан на сверхнизкую энергию (около 400 МэВ) и размер (периметр 35 метров). Как рассказал Евгений Левичев, он предназначен для исследования парных мюонов. Две эти частицы с разной полярностью образуют димюоний - специфический атом, выпадающий на несколько миллиметров из пучка при его столкновении с другим и вскоре распадающийся. Существование связанного состояния мюонов предсказано теоретически в начале 1960-х, однако экспериментально пока не наблюдалось. "Наблюдение димюония должно стать открытием мирового уровня", - предполагает Е.Б.Левичев. Он также отнес предназначенный для этого µµ-трон ("мюмютрон") к области критических технологий "...за счет использования новейших, ранее не применявшихся, методов и устройств".
Евгений Левичев считает создание µµ-трона сравнительно легко осуществимым: оно не требует согласования с правительством и Минобрнауки РФ, поскольку может финансироваться на грантовой основе, к тому же в ИЯФ для такой установки есть готовый инжектор и технологическая инфраструктура. "Все это позволяет надеяться на привлекательность проекта для студентов и молодых специалистов, - считает ученый, - которые увидят возможность быстрого получения результатов и, как следствие, - продвижения в научной карьере".
Все актуальные и будущие исследования ИЯФ ведутся в широкой и тесной международной кооперации. Как сказал Юрий Тихонов, "Физика элементарных частиц собрала одно из самых многочисленных научных сообществ мира, поскольку она является основой для очень перспективных мультидисциплинарных направлений: синхротронного излучения, лазеров на свободных электронах, ядерной медицины, супервычислений и big data". Институт ядерной физики вовлечен в крупнейшие коллаборации, в числе которых CERN, KEK, JPARC, SLAC и GRAN SASO - последний в перечне ориентирован на поиск "темной материи". "Весь мир гораздо больше, чем ИЯФ, но во всех экспериментах на встречных пучках наши физики принимают участие", - констатировал Александр Скринский. Он отметил участие института и в техническом оснащении международных проектов: "Установки нашего производства или с нашим оборудованием работают по всему земному шару кроме Африки и Антарктиды".

Андрей СОБОЛЕВСКИЙ,
Юлии ПОЗДНЯКОВОЙ,

"Наука в Сибири", 7 мая 2018 года
--