Горизонты научного поиска
"Избранные проблемы современной физики"
В газете уже был опубликован отчет о мемориальной сессии, посвященной памяти Д.И. Блохинцева (см. N 27 от 4 июля 2003 г.). Дальнейшая работа конференции проходила по двум параллельным секциям - "Проблемы квантовой теории поля" и "Физические исследования на импульсных реакторах".
Секция "Проблемы квантовой теории поля" явилась продолжением серии конференций по нелокальным, нелинейным и неренормируемым теориям поля, которые были организованы по инициативе Дмитрия Ивановича Блохинцева. Первая конференция этой серии состоялась в Дубне в 1967 году.
На секции I было заслушано 90 докладов по следующим темам: квантовая механика, квантовая теория поля, квантовая хромодинамика, физика адронов, гравитация и космология. В работе секции приняли участие 117 ученых из России, Германии, Грузии, Италии, Монголии, Польши, Румынии, Словакии, США, Узбекистана, Украины и Чехии.
Дмитрий Иванович уделял значительное внимание разработке методологических основ квантовой механики, ее интерпретации. Как показали доклады, представленные на конференцию по данной теме, эти вопросы актуальны и сейчас. Новый математический подход к описанию квантовых систем и подсистем был предложен в докладе В.В. Белокурова, О.А. Хрусталева, В.А. Садовничего и О.Д. Тимофеевской. Анализ вклада Д.И. Блохинцева в разработку фундаментальных проблем квантовой механики был дан в докладе А.Д. Суханова. А.А. Тяпкин посвятил свой доклад роли и значению двух первых изданий книги Д.И. Блохинцева "Основы квантовой механики" в преподавании этого раздела физики и в развитии последовательной интерпретации квантовой теории. Э. Капусцик сделал обзор современного развития идей Блохинцева, касающихся пространства и времени в микромире. Связь между микрочастицами и волновой функцией анализировалась в докладе Л.В. Прохорова. Переход к квазиклассическому пределу в полевой теории рассматривался в докладе О.Ю. Шведова. Современный статус идеи Д.И. Блохинцева о флуктонах рассматривался в докладе С.М. Елисеева в свете современных данных по глубоконеупругому рассеянию лептонов на ядрах с учетом процессов адронизации и кумулятивного рождения частиц. В докладе Б.П. Косякова был поставлен вопрос, все ли современные представления, относящиеся к субъядерной области, являются хорошо обоснованными.
Квантовая теория поля по-прежнему остается основным аппаратом при теоретическом описании процессов взаимодействия и превращения элементарных частиц. По этой теме был представлен целый ряд интересных сообщений. Развитию идей Д.И. Блохинцева по созданию нелокальной теории поля посвятил своё выступление Г.В. Ефимов. В докладах Л.Д. Фаддеева и А.А. Славнова были предложены новые интересные походы к проблеме перенормировок в неабелевой калибровочной теории поля. Современному состоянию полевой теории суперструн был посвящен доклад И.Я. Арефьевой. Возникновение эффективных нелокальных теорий в результате нарушения симметрии рассматривалось в докладе А.А. Арбузова. Описанию неравновесных процессов в рамках квантовой теории поля было посвящено сообщение Ю. Бааке (Германия). В докладах М. Бордага (Германия) и И.Г. Пироженко обсуждался расчет квантовополевых вакуумных эффектов с учетом нестандартных граничных условий. Вопросам некоммутативной теории поля были посвящены доклады Р.М. Мир-Касимова и Ю.С. Вернова. Ряд интересных результатов был представлен по точно интегрируемым полевым моделям (П.П. Кулиш, А.П. Исаев и др.).
Современной теоретической основой описания адронных взаимодействий является квантовая хромодинамика (КХД). Важным направлением исследований в этой области остается поиск выхода за рамки теории возмущений и решение проблемы удержания кварков и глюонов внутри адронов. На этом пути прежде всего строятся модели, основанные на КХД (Ю.А. Симонов, И.М. Дремин, А.В. адюшкин, И.Ф. Гинзбург, А.А. и В.А. Андриановы, М. Мусаханов и др.), а также используются расчеты на решетках. В последнем подходе непрерывное пространство-время заменяется дискретными значениями координат и времени. В результате этого континуальные интегралы, задающие формальное решение нелинейных уравнений КХД, сводятся к многократным интегралам, которые и вычисляются на мощных ЭВМ (А. Ди Джакомо (Италия), О.А. Борисенко (ИТФ, Киев)).
Значительное внимание на заседаниях секции было уделено исследованиям кварк-глюонной плазмы (КГП) - нового гипотетического состояния материи при сверхвысоких температурах и плотностях. Предполагается, что такое состояние материи, существовавшее в первые тысячные доли секунды после рождения Вселенной, должно возникать и в результате соударения тяжелых ядер при релятивистских энергиях. Первым экспериментальным результатам изучения таких соударений на установке STAR ускорителя RHIC (Брукхэвен) был посвящен доклад И.А. Савина (ОИЯИ). Вполне возможно, что такое состояние существует в ядрах некоторых сверхплотных звезд (доклад Д. Бляшке (Университет Ростока и ОИЯИ)). Не исключено, однако, что и флуктуации плотности в обычных ядрах (т.н. "флуктоны Блохинцева") также представляют собой капельки такой плазмы. К сожалению, теоретикам пока не удалось найти однозначный критерий рождения КГП. Каждый из предлагаемых признаков имеет и альтернативное объяснение. Только целая совокупность признаков может рассматриваться как свидетельство в пользу обнаружения КГП (доклады В.Д. Тонеева (ОИЯИ), М.И. Горенштейна (ИТФ, Киев) и И. Хюфнера (Германия)).
Проблемы теории гравитации и современной космологии также были в центре внимания участников секции. В докладе С.С. Герштейна, А.А. Логунова, М.А. Местерешвили и Н.П. Ткаченко обсуждалась возможность существования ненулевой массы у гравитона, осциллирующая эволюция Вселенной и статус квинтэссенции в рамках полевой теории гравитации. Интегрируемые модели в теории бран, черных дыр и в космологии рассматривались в докладе А.Т. Филиппова (ОИЯИ) и В. Де Альфаро (Италия). Поведение собственной энергии фермионов в процессе инфляции обсуждалось в сообщении Р. Вударда (США). Отдельным вопросам в теории гравитации и космологии были посвящены доклады Н.А. Черникова, П.С. Исаева, В.Н. Первушина, М.О. Катанаева и др.
В ходе работы секции был подведен определенный итог исследованиям по актуальным проблемам квантовой теории поля и теории элементарных частиц и были обсуждены наиболее перспективные направления дальнейших научных поисков. Эта научная встреча способствовала закреплению приоритета российских ученых, работающих в данной области, и установлению более тесных научных контактов как с учеными СНГ, так и с западными коллегами. Доклады на секции несомненно свидетельствуют о том, что научные идеи Дмитрия Ивановича актуальны и сейчас, в этих направления идет активный научный поиск и здесь получены новые интересные результаты.
Секция "Физические исследования на импульсных реакторах" являлась продолжением Рабочих совещаний по исследованиям на импульсном реакторе ИБР-2, состоявшихся в Дубне в 2001 и 2002 гг.
Реактор ИБР-2, созданный на основе идей Д.И.Блохинцева, в настоящее время является самым высокоинтенсивным в мире импульсным источником нейтронов. Он представляет собой уникальную базовую установку, оснащенную комплексом спектрометров широкого профиля, позволяющих проводить исследования в различных направлениях современной науки. В настоящее время исследователи из 30 стран проводят на 12 спектрометрах около 150 экспериментов в год по актуальным проблемам физики и химии конденсированного состояния, биологии и фармакологии, геофизики, материаловедения, инженерных наук, ядерной физики. Эти исследования осуществляются в режиме программы пользователей, которая основана на открытом приеме заявок на эксперимент и последующем экспертном отборе заявок в четырех международных комитетах. Кроме этого, на реакторе ИБР-2 проводятся исследования и разработки по научным программам и госконтрактам Министерства промышленности, науки и технологий РФ; Министерства РФ по атомной энергии; гранту поддержки уникальных установок России; а также по грантам Российского фонда фундаментальных исследований и по соглашениям с университетами и институтами РАН.
В работе секции "Физические исследования на импульсных реакторах" приняли участие 150 ученых из 37 научно-исследовательских центров России, Аргентины, Бельгии, Германии, Латвии, Нидерландов, Словакии, США, Франции, Чехии, Японии и других стран, которые представили 127 устных и стендовых докладов. Особое внимание в программе секции было уделено направлениям, имеющим важное значение для проведения текущей модернизации ректора ИБР-2, существующего комплекса спектрометров и реализации программы исследований на реакторе ИБР-2 в области физики конденсированного состояния вещества Лаборатории нейтронной физики им. И.М.Франка ОИЯИ.
В ходе пленарных заседаний обсуждались перспективы дальнейшего развития исследовательских импульсных реакторов различного типа и возможности применения методов рассеяния нейтронов для решения актуальных задач современной науки. В докладе научного руководителя реактора ИБР-2 проф. В.Л. Аксенова были представлены программа модернизации реактора ИБР-2 на период 2003 - 2010 гг., текущее состояние дел по модернизации и план дальнейших работ. Заместитель директора ФЭИ (г. Обнинск) А.В. Гулевич рассказал о концепции использования реактора типа ИБР-2 для создания лазера с ядерной накачкой. Большой интерес вызвали доклады об исследованиях на мощных импульсных реакторах ВНИИЭФ (г. Саров) и ВНИИТФ (г. Снежинск). Широкие возможности применения методов рассеяния нейтронов для исследований в актуальных направлениях современной науки были блестяще продемонстрированы в докладах академика РАН А.Р. Хохлова, чл.-корр. РАН С.М. Стишова, проф. Н.М. Плакиды, проф. Р. Блинца, Х. Лаутера, Т. Реквельдта, В.Н. Швецова, М.В. Фронтасьевой.
Отдельные тематические заседания секции были посвящены обсуждению конкретных вопросов и научных направлений, имеющих важное значение для модернизации реактора ИБР-2 и реализации научной программы исследований на реакторе ИБР-2 в период до 2010 г. На заседании "Холодные замедлители" обсуждались проекты создания холодных замедлителей для реактора ИБР-2, Европейского импульсного источника нейтронов, результаты исследования новых материалов для создания замедлителей. На заседании "Науки о материалах" обсуждались результаты, полученные в ходе выполнения научной программы Министерства РФ по атомной энергии, направленной на исследование внутренних напряжений в реакторных материалах, а также в промышленных изделиях и горных породах методом нейтронной дифракции. Заседание "Cложные растворы" было посвящено исследованиям растворов фуллеренов, феррожидкостей и других систем, имеющих перспективные применения в медицине и промышленности. На заседании "Физика высоких давлений и науки о Земле" были продемонстрированы уникальных возможности спектрометров реактора ИБР-2 для исследования влияния сверхвысоких давлений на свойства материалов. Кроме этого, были проведены тематические заседания по актуальным направлениям "Техника нейтронного эксперимента", "Биология и полимеры", "Нейтронная физика", "Нейтронный активационный анализ и науки о жизни" и стендовая сессия "Физика конденсированного состояния вещества".
Представленные на конференции доклады и их обсуждение показали, что большинство исследований, проведенных на реакторе ИБР-2, выполнены на высоком научном уровне, сравнимым или превосходящим уровень исследований в других нейтронных центрах мира. Следует отметить возросшую эффективность использования реактора ИБР-2 для решения практических задач Минатома в области определения внутренних напряжений в реакторных материала и других материалах конструкционного назначения.
Оргкомитет и программный комитет конференции выражают глубокую бдагодарность Министерству науки, промышленности РФ по атомной энергии, Российской академии наук, Российскому фонду фундаментальых исследований за поддержку конференции.
А теперь предоставим слово участникам секции.
Е. П. Шабалин: В нашей секции участвовали шесть специалистов из Аргентины, Германии, США, Японии. Профессор Й. Киянаги (Университет Хоккайдо) большой специалист по источникам нейтронов, холодным замедлителям, измерению сечений нейтронов. Он поразил нас своей способностью быстро решать задачи. Так, в середине мая в Германии состоялась конференция по импульсным источникам нейтронов. Участвовавший в ней сотрудник ЛНФ С. Куликов доложил, что мы начали работу по использованию мезителена для холодного замедлителя. Это давно предлагалось некоторыми японскими и американскими учеными, но никто не стремился использовать это вещество как замедлитель в мощных источниках, таких как ИБР-2, считая, что мезителен не выдержит радиационных нагрузок. После проведенных нами на ИБР-2 в установке УРАМ-2 исследований радиационных свойств мезителена стало ясно, что его можно использовать в мощных источниках нейтронов. Профессор Киянаги успел в промежутке между двумя совещаниями (т. е. за несколько дней) проделать на своей установке в Университете Хоккайдо большое количество экспериментов по сравнению выхода нейтронов из мезителена и из других веществ.
Директор Института ядерных исследований (Баррелох, Аргентина) Дж. Роландо Гранада всегда участвует в наших семинарах как специалист по расчету сечений нейтронов. В свое время предложил модель, по которой можно очень быстро сделать такой расчет. По старой методике, например, одна американская группа делала расчет для метана и жидкого водорода в течение года. Модель, предложенная профессором Гранадой, сокращает это время до нескольких дней.
Дж. Карпентер (США) один из корифеев импульсных источников нейтронов. Он создал в 1973 году в Аргоннской лаборатории первый и в то время самый мощный импульсный источник на основе протонного ускорителя. (Наверное, наши читатели помнят, что в 1999 году профессора Дж. Карпентер и Ю.Я. Стависский за большой вклад в создание импульсных источников нейтронов были награждены премией имени И.М. Франка). Сегодня во всем мире наблюдается тенденция перехода на нейтронные источники на основе ускорителей протонов.
Вот что добавил сам Дж. Карпентер: В 1972 году я оказался в СССР как член делегации в рамках соглашения Никсон-Брежнев. Тогда из какой-то англоязычной газеты я узнал о разрешении провести на ИБР-2 критический пуск без теплоносителя. Это было очень важное событие. Собственно тогда я и узнал об импульсных реакторах и познакомился с хорошими людьми, ставшими моими друзьями. Это было важно и интересно для меня, поскольку я занимался теми же вещами, но с использованием ускорителей - испарительная технология. А реакторы я на самом деле не люблю.
(Продолжает Е.П. Шабалин): Три специалиста из Германии - К. Конрад, К. Титце-Янш и К. Клаузен работали в проекте ESS, который сейчас законсервирован. Они будут продолжать заниматься применением холодных замедлителей в других будущих нейтронных источниках. Немецкая группа в Юлихе сделала важное для нас сравнение выхода нейтронов в холодных замедлителях с разными веществами. Все участники совещания поддержали идею использования мезителена в холодном замедлителе модернизированного ИБР-2 и готовы сотрудничать с нами, чтобы экспериментально подтвердить возможности применения этого вещества. Замедлитель с мезителеном будет долго и стабильно работать - все другие более-менее подходящие вещества требуют частых остановок реактора для их замены.
В конференции участвовала небольшая часть нейтронного сообщества, поскольку время ее проведения пришлось между двумя другими более крупными нейтронными конференциями. Но к нам приехала наиболее активная, действующая часть нашего сообщества и все корифеи, кроме Г. Бауэра и Н. Ватанабэ.
Наша сессия в определенном смысле - продолжение мемориальной сессии конференции: до последних дней своей жизни Д.И. Блохинцев создавал этот реактор, а сейчас мы уже думаем о качестве конечного результата - выходе нейтронов. Повысить мощность реактора в два раза - сложнейшая задача, а использование холодного замедлителя позволяет повысить его эффективность в несколько раз, не затрагивая при этом сам реактор.
Н.Н. Рожкова (Карельский научный центр АН, Петрозаводск): В лаборатории геологии мы изучаем шунгит - некристаллический углерод, занимающий огромные залежи под землей в Карелии. Это очень интересный минерал, он имеет специфическую структуру, в нем обнаружены следы фуллерена. До сих пор дискутируется вопрос о происхождении шунгита. По одной из моделей, в нем присутствуют наноэлементы, причем в " законсервированном" виде, и их можно определенным способом активировать. Поскольку это природный объект, то есть для нас "черный ящик", то для его изучения и понимания необходимо применить стандартный механизм, и в исследованиях ориентироваться на эталон - фуллерен. Один из возможных путей изучения шунгита - использование малоуглового рассеяния нейтронов, и в этом мы пользуемся возможностями ИБР-2, сотрудничаем с М.В. Авдеевым (ЛНФ). Использование шунгита очень перспективно и поэтому важно до конца понять его природу.
М.В. Коробов (химический факультет МГУ): Водный раствор шунгита, который, фактически, представляет собой водный раствор фуллерена, можно использовать как лекарство. Для этого его необходимо соответствующим образом подготовить и исследовать этим мы и занимаемся в нашем общем проекте.
Г.В. Андриевский (Харьковский институт терапии, Украина): Лечебные свойства марциальных вод Петрозаводска были замечены еще Петром Первым. Эти свойства возникают следующим образом: минеральные воды, проходя через слои шунгита, превращаются в его слабый водный раствор, приобретая все его замечательные качества. Но минеральные соли разбавляют свойства фуллеренов, а мы, моделируя эти растворы в лабораторных условиях, получаем более четкую картину.
Уже сейчас существует достаточно много оснований предполагать, что фуллерены могли быть своеобразной матрицей образования первичной жизни на Земле. Углеродная структура фуллерена и вода создают гармоничный симбиоз. Внутри человека раствор фуллерена защищает от различных агрессий те природные структуры, от которых мы произошли. Фуллерены - барьер для агрессивных воздействий, испытывающих человека на прочность.
Сегодня все увлечены антиоксидантами. Антиоксиданты, участвуя в реакциях подавления свободных радикалов, теряют свою активность. Фуллерены принципиальным образом отличаются от них. Они заставляют свободные радикалы взаимодействовать друг с другом и, рекомбинируя, нейтрализоваться. При этом сами фуллерены не вступают ни в какие реакции и не изменяют свои свойства. Они регулируют количество антиоксидантов в организме, которые всегда в нем присутствуют. Любая болезнь сопровождается воспалением, при котором образуются свободные радикалы. Регулируя их количество с помощью фуллеренов, организм сам себя восстанавливает. Нейтральные молекулы фуллерена могут тормозить онкологические процессы, последние полгода идут интересные исследования его использования при атеросклерозе. Он восстанавливает репродуктивную функцию у женщин. Он дает оптимальную терапию - максимально положительный результат без побочных эффектов.
Профессор Н.А. Никитин (ЛНФ): Мы изучаем нейтронными и гео-сейсмическими методами очаги землетрясений, проблемы эволюции литосферы, процессы зарождения полезных ископаемых, свойства горных пород с целью захоронения химических и радиоактивных отходов. Наша совместная с чешскими учеными программа идет уже 10 лет: специалисты из Чехии обладают уникальной аппаратурой и приборами для исследований при помощи ультразвука и под высоким давлением, а мы те же образцы изучаем с помощью нейтронов. Мы исследуем проблемы эволюции геологических процессов на байкальском щите, имеем информацию с глубины 12 км, благодаря Кольской сверхглубокой скважине. Мы используем всю информацию вкупе с другой геологической информацией для построения общих моделей эволюции литосферы.
Т. Локайчек (Институт структуры и механики горных пород Чешской АН, Прага): Мы изучаем физические свойства ультраосновных горных пород из разных областей горных массивов Чехии, Северо-Западной Италии, Норвегии, Албании и Камчатки. Рассматриваем процессы выхода горных пород с глубины 100 80 км.
Многочисленные доклады конференции проиллюстрировали развитие идей Дмитрия Ивановича во всем их многообразии-от квантовой механики до все расширяющегося диапазона применения импульсных реакторов. А напутствием исследователям остаются его слова: "Я верю в силу разума и возможность гармонии между ним и Природой".
Б.М. Барбашов
А.В. Ефремов
Д.П. Козленко
В.В. Нестеренко
О.Н. Тарантина