Наука и жизнь Соревнуясь со Стэнфордом: сибирская родина коллайдера

Автор: Александр Дубынин
24.07.14 18:19 , , ,

Герш Будкер
Герш Будкер. Рисунок: Мила Басенко.

Первый советский ускоритель заряженных частиц на встречных пучках был в 25 тысяч раз менее мощным, чем Большой адронный коллайдер, излучение электронов в нем можно было наблюдать невооруженным взглядом, а сама установка в процессе разработки совершила путешествие из Новосибирска в Москву и обратно. metkere.com и журнал «Эврика» продолжают вспоминать важные открытия сибирских ученых

В конце 1950-х годов в лабораториях Фраскати (Италия), Института ядерной физики (СССР) и SLAC (США) одновременно шли работы по созданию коллайдеров — ускорителей заряженных частиц на встречных пучках. Однако именно в России в 1965 году впервые были опубликованы результаты – наблюдения упругого рассеяния электронов, полученные в институте ядерной физики СО РАН на машине ВЭП-1 (Встречные Электронные Пучки), созданной под руководством Герша Будкера.

Будкер называл ускорители заряженных частиц микроскопами современной физики. В статье 1966 года он отмечал, что существуют несколько трудностей при их создании. Первая — техническая и экономическая. Вторая трудность носит принципиальный характер. Когда энергия налетающей частицы превышает энергию покоя исследуемой, то большая часть энергии тратится на движение общего центра инерции двух частиц и лишь небольшая доля — на их относительное движение. Но именно эта доля и определяет предельную массу рождаемых новых частиц и возможности изучения их структуры. Все процессы происходят в системе центра инерции; движение системы как целого, естественно, в задачу не входит. Собственно, решение напрашивалось само собой – направить эти частицы навстречу друг другу, чтобы они ударились «лоб в лоб».

Как был устроен первый действующий коллайдер? Он представлял собой два слабофокусирующих накопительных кольца радиусом 43 см, расположенных вертикально друг над другом. Коллайдер был рассчитан на энергию до 160 МэВ для двух сталкивающихся пучков электронов. Для сравнения, на Большом адронном коллайдере в 2012 году протоны были разогнаны до энергии 4 ТэВ — в 25 тысяч раз больше, чем энергия первого советского ускорителя.

На ВЭП-1 экспериментально наблюдалось синхротронное излучение одиночных электронов. Причем излучение было видимо даже невооруженным глазом. Правда, для этого требовалось некоторое время для адаптации глаза в полной темноте.

ВЭП-1
Фото: «Википедия».

История установки довольно любопытна. Начало проектированию было положено в Москве, в лаборатории новых методов ускорения института атомной энергии.

Как вспоминал Герш Будкер, установка ВЭП-1 рассматривалась как действующий макет ускорителя со встречными пучками и предназначалась для отладки аппаратуры и постановки первых экспериментов на малых энергиях; запланированная более мощная ВЭП-2 могла быть использована для работ по проверке применимости квантовой электродинамики на малых расстояниях.
«После появления в 1958 году сообщения профессора Пановского об аналогичных работах по проверке квантовой электродинамики на встречных электронных пучках, поставленных в его лаборатории в Стэнфорде совместно с Принстонским университетом, мы отказались от сооружения накопительных дорожек на 500 МэВ и оставили только работу на установке ВЭП-1, — писал Будкер. — В отличие от Стэнфорда, нам предстояло соорудить не только накопительные кольца, но и ускоритель. Кроме того, предстоял переезд в город Новосибирск, который, несмотря на самые благоприятные условия, не мог не задержать работу».

Накопитель был изготовлен в Новосибирске, потом его перевезли в Москву, чтобы скорее запустить ускорительный комплекс. Но в 1962 году Будкер настоял на том, чтобы ВЭП-1 вернулся обратно в Новосибирск.

В начале 1960-х годов физики активно кооперировались. Во всех трех группах — российской, американской и итальянской — проводились экспериментальные исследования нестабильностей и других процессов, наблюдающихся при длительном существовании больших электронных токов. Эти работы велись в тесном контакте. Великолепные эксперименты по так называемому Ада-эффекту провели итальянские ученые. Американцы открыли и изучили поперечную неустойчивость пучка, сибиряки — продольную неустойчивость, связанную с взаимодействием пучка с резонатором. 

Наибольшее распространение получили ускорители со встречными электрон-позитронными и протон-антипротонными пучками. К последнему как раз относится БАК. Последовавший за ВЭП-1 сибирский ВЭПП-2 относился к электрон-позитронному типу. На нем в ИЯФе были проведены исследования по измерению массы и ширины Фи- и Омега мезонов. За вторым коллайдером последовали еще два, сейчас строится пятый.

Научное сотрудничество продолжается и сейчас. Во многом благодаря ему в Новосибирске, по образному замечанию физика Александра Аполонского, ИЯФ в смысле результатов мирового уровня просто Гималаи, по сравнению с другими институтами.

Понравилась заметка? Получайте еженедельный дайджест наших лучших материалов: