Важнейшей задачей физики высоких энергий является проверка Стандартной модели и поиск новой вне её рамок. Молодые сотрудники Института ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН, награждённые премией Президента РФ в области науки и инноваций за 2012 год, занимаются исследованием свойств элементарных частиц на встречных электрон-позитронных пучках. О том, за что дают премию Президента и как фундаментальная наука может повысить обороноспособность страны в материале COPAH.info.
«Для ИЯФ работы на встречных пучках являются одним из основных направлений исследований в физике элементарных частиц с самого начала нашего существования и до настоящего времени», - подчёркивает директор Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН академик Александр Николаевич Скринский.
Кандидатам физико-математических наук Фёдору Владимировичу Игнатову и Корнелию Юрьевичу Тодышеву указом Президента Российской Федерации от 6 февраля 2013 года присудили премию за цикл работ по прецизионному исследованию свойств элементарных частиц. Эти сотрудники ИЯФ являются специалистами в области физики высоких энергий и ведущими участниками экспериментов по измерению параметров элементарных частиц с рекордной точностью.
Чтобы понять, в чём смысл исследований, которые так высоко оценил Президент РФ Владимир Владимирович Путин, доктор физико-математических наук Борис Исаакович Хазин предложил представить, что некто дал нам некоторый объект и предложил измерить его длину, заявляя, что она равна одному метру. «В нашем случае объект – это элементарная частица, которая называется мезон. А то, что мы назвали длиной в один метр – это её специальная характеристика, которая называется аномальным магнитным моментом, то есть то, что мы сегодня знаем о природе. Смысл состоит в том, чтобы проверить: так это на самом деле или нет. Мы должны каждый миллиметр метра разделить ещё на 5 000 частей, и эту 1/5000 увидеть в своих исследованиях», - комментирует Хазин.
Он говорит, что в данном эксперименте само измерение «метра» проделано совместными усилиями сотрудников ИЯФ и исследователей из США. Теперь же его нужно сопоставить с той линейкой и теми и знаниями, которые есть сегодня у учёных о природе и о том, какие фундаментальные взаимодействия ей управляют.
«Для этого были привлечены научные сотрудники со всего света. Часть работы проделана в нашем институте усилиями Фёдора Владимировича Игнатова и его коллег. Эксперименты, которые проводились здесь на установке ВЭПП-2000, - это как раз кусочек условного метра. Оказалось, что измеренная длина отличается от ожидаемой на три тех самых маленьких кусочка, на которые мы этот длинный-длинный метр разделили. Вдруг точность наших измерителей была не совсем хорошей? Но сам этот результат не совпадения предложенной и измеренной величины сегодня чрезвычайно важен», - рассказывает собеседник.
В рамках своей научной деятельности Ф.В. Игнатов измерил с наибольшей в мире точностью вероятность рождения адронов при энергиях до 2 ГэВ в системе центра масс. Результаты его работы позволили повысить точность теоретических вычислений фундаментальных параметров элементарных частиц и констант их взаимодействий. А К.Ю. Тодышеву удалось внести вклад в измерения основных параметров семейства очарованных мезонов (связанных состояний С и анти-С кварков) – тоже с наибольшей точностью.
Одним из подходов к проведению таких исследований является создание установок с максимальной возможной энергией сталкивающихся частиц, ярким примером которых является Большой адронный коллайдер. Другой подход связан с прецизионным измерением параметров элементарных частиц и поиск новой физики в сравнении результатов измерений с точными теоретическими расчетами.
У лауреатов интересовались, как же они пришли в науку. Оказалось, что путь у них практически одинаковый, а главное, традиционный для СО РАН: олимпиада, летняя школа ФМШ, собственно физматшкола, физический факультет Новосибирского государственного университета, первая встреча с ИЯФ на втором курсе. «После этого мы остались в институте и работаем здесь», - говорят Игнатов, приехавший из Тюмени, и Тодышев, родившийся в селе Аскиз Республики Хакасия.
«Премия стала неожиданностью. Хочу отметить, что полученный результат - это заслуга моих коллег по лаборатории, ускорительного комплекса, на котором я работал, и всего института», - подчёркивает Фёдор Владимирович. А Корнелий Юрьевич отмечает, что в Институте ядерной физики не только уникальные для России установки, но ещё и работают удивительные люди, которые посвящаеют экспериментам десятилетия своей жизни.
Рассказывая про измерения, которые проводились, Ф.В.Игнатов объясняет, что для описания взаимодействия частиц есть Стандартная модель, но, к сожалению, математический аппарат не позволяет посчитать все величины. «Чтобы учёные их узнали, нужны именно те измерения вероятности рождения адронов, которыми мы занимаемся. Благодаря им можно вычислить такие величины как аномальный магнитный момент. Сейчас есть расхождение между теоретическим предсказанием его размера и тем, что было получено в результате эксперимента. Может быть, это указывает на новую физику», - сообщил исследователь.
Работы коллектива авторов выполнены на уникальных отечественных установках – комплексе электрон-позитронных коллайдеров: ВЭПП-2М и ВЭПП-4М с детекторами КМД-2 и КЕДР.
Борис Исаакович говорит, что сейчас нужно убедиться в реальном существовании отличия. Понять, что оно не является результатом некоей случайности. И для этого мировое научное сообщество делает следующие шаги. «Во-первых, в двух больших мировых центрах - Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми в США и специальном центре в Японии – планируют новые эксперименты по измерению этой величины, которую мы назвали аномальным магнитным моментом. Точность при этом будет выше в пять раз. Но для того, чтобы сравнить это измерение с тем, что мы знаем о природе, нам здесь в Новосибирске тоже надо более точно узнать эту длину, которая стала известна, благодаря нашему эксперименту», - объяснил учёный.
Хазин подчеркнул, что для этой цели в институте уже построен новый электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2000 и создан новый детектор КМД-3. «В этом году как раз идёт очень успешный заход по сбору информации и 2/3 экспериментальных программ уже проделано. Это фундаментальная наука, но именно такие исследования потом позволяют работать на практические цели. Такие, как создание в ИЯФ электронного ускорителя для Российского федерального ядерного центра в Снежинске, которое намечено на ближайшее время», - сообщил Б.И.Хазин.
«В рамках работы над проектом для Снежинска мы создадим будущее базовое оборудование, которое даст возможность ядерному центру проводить исследования. Всё это определяет обороноспособность нашей страны. На создание ускорителя отводится больше пяти лет, потому что задача сложная. И нужно будет, чтобы оборудование не только было создано, но и заработало на месте у заказчика. Стоимость разработки сравнима с новым коллайдером «Супер чарм-тау фабрикой». А её уникальность в том, что электронного ускорителя с такими параметрами ещё не существует. Он будет иметь очень малые углы разброса электронного пучка», - заявил академик А.Н.Скринский.
Доктор физико-математических наук, замдиректора ИЯФ по научной работе Юрий Анатольевич Тихонов отметил, что поскольку ядерные испытания запрещены, то научные исследования и инструментарий требуется всё более высокотехнологичный, чтобы совершенствовать оружие, но не взрывать.
«Это сложная работа. Она наукоёмкая с точки зрения и расчёта, и обеспечения аппаратными средствами. Такой ускоритель – один из инструментов для исследований ядерного центра и повышения обороноспособности страны. Нас в подробности не посвящают, только дают параметры. Сам ускоритель может быть даже опубликован – это будет открытая работа. Надо сказать, что в масштабе 1/10 такая установка уже построена и используется в Снежинске», - уточнил Тихонов.
Директор Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН академик Александр Николаевич Скринский отметил, что в 1957 году, когда в ИЯФ было принято решение начать эксперименты на встречных пучках, никто в мире ещё эти не занимался. «Абсолютному большинству специалистов казалось, что это совершенно нереально и что задача находится очень далеко от имеющихся технических возможностей. Тогда мы ещё работали на площадке Института атомной энергии, директором которого был Игорь Васильевич Курчатов. До получения встречных пучков дело дошло только после переезда в 1961-1962 годах из Москвы в только что построенный ИЯФ в Новосибирске. Несмотря на весь скепсис и неверие, электронные встречные пучки дали научные результаты в Новосибирске и Стенфорде в 1965 году. А также задолго до получения этого положительного результата, начались работы по созданию электрон-позитронных встречных пучков. Это задача ещё более сложная. Мы и сейчас принимаем участие в международных проектах по развитию этих направлений. Хочу подчеркнуть, что работы Ф.В.Игнатова и К.Ю.Тодышева находятся русле этого основного направления работы института», - сказал А.Н.Скринский.
Председатель Сибирского отделения Российской академии наук, академик РАН Александр Асеев заявил, что сейчас наука и РАН находятся под огнём критики. «Я должен обратить внимание на слова, которые на вручении премии говорил Президент РФ Владимир Владимирович Путин. Глава государства отметил, что сильная наука, а также готовность генерировать новые знания и технологии – это залог самостоятельного суверенного развития государства в современном мире. Наука становится такой же значимой, как экономика, финансы, освоение природных ресурсов и прочее. На мой взгляд, это очень важное обстоятельство, впервые высказанное на таком уровне», - сообщил А.Л.Асеев.
Также председатель СО РАН подчеркнул, что необходимо вернуть российской науке роль одного из ведущих институтов развития общества и экономики, а для этого, в том числе, мы должны обеспечить все возможности для достойной самореализации специалистов.
Ангелина Иванова
Фото: А. Иванова
