ОИЯИ-50: страницы истории

Дела давно минувших дней...

Профессор Эдуард Николаевич Цыганов, лауреат Государственной премии РФ в области науки и техники (1996), член Американского физического общества, рассказывает об истории открытия, в котором сфокусировались многие научные и жизненные коллизии...

Моя жизнь в физике высоких энергий была очень интересной. Я начал работать в Лаборатории высоких энергий в январе 1956 года, 50 лет назад. Я горжусь своими пионерскими экспериментами по измерению электромагнитных размеров и К-мезонов на ускорителях Серпухова и Фермилаба. Эксперименты в Серпухове в 1970 году были первым советско-американским сотрудничеством в науке. У меня есть основания думать, что без меня эти эксперименты не состоялись бы. В 1979 году я доложил результаты серии этих экспериментов на конференции по физике высоких энергий в Токио. Это был, что называется, мой звездный час. В эксперименте ДЕЛФИ в ЦЭРН, где я принимал участие с 1984 по 1992 годы (там участвовало еще около 500 физиков), были существенно отодвинуты пределы на неточечность кварков и лептонов, соответственно отодвинулась так называемая фундаментальная длина. В этом эксперименте я принял также участие в определении числа типов нейтрино, то есть в определении числа семейств фермионов. Если бы вдруг получилось, что типов нейтрино четыре, а не три, теория физики оказалась бы в очень-очень сильном затруднении.

В каждом эксперименте бывают критические и эмоциональные моменты. Мне таких моментов, как говорится, не занимать. Однако, одними из самых эмоциональных в моей практике оказались, наверно, эксперименты с изогнутыми кристаллами. Сегодня я хотел бы поделиться с читателями газеты "Дубна" воспоминаниями об этих исследованиях.

В начале 1976 года наша группа была занята в Фермилабе подготовкой системы дрейфовых камер, изготовленных в Дубне для экспериментов по рассеянию и К-мезонов на электронах на пучке с энергией 250 ГэВ. Нас консультировал Фабио Саули из ЦЭРН, на короткое время приехавший в Фермилаб. В это время они вместе с Жоржем Шарпаком (впоследствии Нобелевским лауреатом) участвовали в исследованиях каналирования частиц высоких энергий в кристаллах. Фабио с увлечением рассказывал об этих экспериментах.

Аргоннская национальная лаборатория, 1978 год. Автор воспоминаний первый слева во втором ряду рядом с В.Г.Кадышевским.

Интригующие процессы коррелированного взаимодействия частиц высоких энергий с атомами кристалла увлекли и меня на какое-то время. Поведение положительно заряженной частицы в потенциале между кристаллическими плоскостями весьма напоминало путь света в плоском световоде. Сразу возник соблазн изогнуть кристалл таким образом, чтобы управлять траекториями заряженных частиц. Расчеты показывали, что этот метод отклонения частиц будет намного более эффективен, чем отклонение частиц магнитными полями, ввиду очень сильных электрических полей внутри атома. Что любопытно - чем больше энергия частиц, тем эффективнее этот метод.

Помню, Саули отнесся к этому моему предложению весьма скептически. Он рассказывал, что неконтролируемые изгибы кристаллической фольги в их эксперименте доставили массу хлопот, затрудняя точную ориентацию. В их эксперименте пучок падал перпендикулярно тонкой кристаллической пленке. Правда, это была не совсем та ориентация.

Пессимизм Саули по отношению к моей, как мне казалось, очевидной идее об отклонении частиц изогнутыми кристаллами меня несколько удивил и обескуражил. Вскоре после этого ко мне подошел физик из Фермилаб Дик Карриган и предложил использовать наш спектрометр из дрейфовых камер в эксперименте по изучению каналирования -мезонов с энергией 250 ГэВ в кристаллах. Наш спектрометр в это время обладал рекордной пространственной и угловой точностью. Я согласился и предложил ему расширить этот эксперимент, дополнив его задачей по отклонению пучка изогнутым кристаллом. Подумав несколько дней, Дик сказал, что лично он не верит в это предложение, и посоветовал обсудить это в дирекции лаборатории, собрав специальную комиссию экспертов.

Недели через две, летом 1976 года, собралась комиссия из шести экспертов ("панель"), где я изложил свои идеи и привел количественные оценки. В "панель" входили известные специалисты по каналированию, в частности, профессор Д.Геммел из Аргоннской национальной лаборатории. Он был автором прекрасного обзора по каналированию, и на его поддержку я особенно расчитывал. Примерно через час после моего выступления комиссия объявила мне, что не считает изложенные мной аргументы убедительными и не рекомендует проводить предложенный эксперимент.

Мне трудно сейчас передать мою реакцию на такое резюме. Что-то вроде: "Идиоты! Как такое возможно?"

Я решил хотя бы опубликовать свои идеи. Руководитель группы физиков ОИЯИ в Фермилабе Виктор Матвеев поддержал эту мысль. Иван Васильевич Чувило, который в это время тоже был в Фермилабе, также посоветовал поскорее опубликовать это предложение. Поддержал меня и Толя Кузнецов, который приехал в это время в Фермилаб с коротким визитом. Я направил рукопись статьи в журнал Physical Review Letters. Довольно бысто пришел ответ - вежливый отказ, сопровождаемый двумя отрицательными (анонимными) отзывами. Я написал в редакцию очень сердитое письмо с просьбой найти более квалифицированных рецензентов. Примерно через месяц я получил рецензию профессора Алексея Мараддудина из Калифорнийского университета в городе Ирвин, известного физика в области каналирования. Он сообщал редакции, что реферируемая статья является ненаучным измышлением автора, не представляет никакой ценности и не может быть опубликована. Звучало примерно так - этого не может быть, потому что это чистый абсурд. Почти по Ломоносову: "Наука - это вам не гулящая девка, которую любой пьяный солдат может ссильничать на площади".

Прочитав рецензию Мараддудина, я решил - этот эксперимент необходимо провести во что бы то ни стало. Никакими рассуждениями невозможно разубедить физиков, занимающихся каналированием, этой наукой, возникшей при изучении явлений при низких энергиях. Кристаллическая решетка представляется там как нечто незыблемое, раз и навсегда данное. На изогнутый кристалл было наложено табу. Нужны экспериментальные факты. Я был уверен в своей правоте, и захотелось наказать фактами так называемых классиков.

У меня тогда сложились очень доверительные отношения с директором Фермилаб Робертом Вилсоном. Я пришел к нему за советом. Он сказал: "Я верю, что вы сделали замечательное наблюдение. Опубликуйте его в нашем журнале технических заметок, и когда вернетесь в Дубну, постарайтесь там поставить этот эксперимент. У вас есть ваши прекрасные дрейфовые камеры, а мы вам поможем с электроникой". Так и получилось.

Должен сказать, что мне очень не хотелось делать "отскок в сторону" от физики высоких энергий. Начиналась эра встречных пучков, стандартная модель элементарных частиц делала первые шаги, пугала возможность "отстать от поезда". В Фермилабе Вилсоном активно разрабатывался сверхпроводящий комплекс встречных пучков Тэватрон, начиналось проектирование установки, получившей впоследствии название CDF. Однако эмоциональный соблазн был велик.

В ЛВЭ поначалу все шло не очень гладко. После двухгодичной командировки в США практически распалась группа, "уплыли" помещения, "рассосалось" почти все оборудование. На оставшихся нескольких человек легла задача обработки данных эксперимента по рассеянию и К-мезонов на электронах на пучке с энергией 250 ГэВ, выполненного в Фермилаб. Для экспериментов по каналированию пришлось собирать новую команду. Правда, мне, как правило, везло на людей. В новом эксперименте согласился участвовать Тургун Нигманов. Пришел Слава Головатюк от Заневского, отпросился из отдела синхрофазотрона Ренат Кадыров. Появился Игорь Тяпкин. Прикомандировались Коля Булгаков из Томска, Мухамед Бавижев из Черкесска. Попал довольно надолго в нашу орбиту Володя Авдейчиков из Радиевого института имени Хлопина. Очень помогали нам Михаил Дмитриевич Шафранов и его сотрудники Дмитрий Васильевич Уральский и Викторий Дмитриевич Рябцов. Боря Старченко участвовал в подготовке эксперимента в свободное время от основных занятий в НОГУСе. Запомнились Боря Шраменко, Гриша Коваленко из ХФТИ. Большую помощь нам оказали инженеры из отдела И.Ф.Колпакова..

Еще со времен Мариана Даныша, одного из первых вице-директоров ОИЯИ, у меня были хорошие связи с Варшавским университетом и Краковом. Как писал Мицкевич (в переводе Пушкина): "Сабель взять там не худо...". Мы взяли оттуда отличных инженеров - ветерана нашей группы Збигнева Гузика, талантливого Адама Форыцкого, замечательного физика Иоланту Войтковску. Не пропали и связи с Фермилаб. В дополнение к нашим дрейфовым камерам мы получили оттуда первоклассное электронное оборудование. Большую помощь в этом оказал Володя Кадышевский, который к этому времени сменил Матвеева на посту руководителя группы физиков ОИЯИ. Нина Филатова (моя жена) задействовала в ЛВЭ электронику дрейфовых камер, которую она смонтировала еще в Фермилабе. Нужно отметить, что ее поддержка идеи изогнутого кристалла часто оказывалась для меня чрезвычайно важной на всех этапах этой работы.

Наш эксперимент в ЛВЭ рассматривался в Фермилабе как продолжение их исследований по каналированию, где я все еще числился соруководителем. В Дубну приехали мои друзья Тим Туиг, Дик Карриган, руководитель эксперимента с американской стороны Уолтер Гибсон и другие американские физики. Эксперимент с самого начала поддержал директор ОИЯИ Н.Н.Боголюбов. Вице-директор Д.Киш постоянно оказывал нам посильную помощь. Директор ЛВЭ Александр Михайлович Балдин был польщен "вниманием общественности" и международным характером эксперимента, хотя был среди тех, кто сомневался в его успехе. Как он рассказывал, его друзья из Московского института кристаллографии (он называл имя профессора В.Л.Инденбома, а это действительно классик в теории твердого тела) считали, что эксперимент обречен на неудачу. Для меня это было уже неудивительно. В сентябре 1977 года в журнале CERN Courier была опубликована редакционная статья (мне сказали, что она написана Ж.Шарпаком), где было сказано, что "некоторые предлагают отклонять пучки изогнутым кристаллом, но они просто не понимают процесса каналирования". Перед самым началом эксперимента, осенью 1978, года под председательством А.М.Балдина в его кабинете состоялось, что называется, "совещание на высшем уровне". В это время в МГУ проходила международная конференция по каналированию, и группа его участников приехала в Дубну. На совещании у Балдина присутствовал основоположник теории каналирования профессор Дж.Линхард, признанный глава экспериментов с кристаллами при высоких энергиях датчанин профессор Эрик Уггерхой, профессор А.Ф.Тулинов из МГУ и другие "авторитеты". Обсуждались шансы на успех нашего эксперимента. Я рассказал о результатах нашей с А.М.Таратиным работы по моделированию процесса каналирования в кристаллах на ЭВМ, где нам удалось проследить взаимодействие падающей частицы с каждым атомом изогнутой кристалической решетки на протяжении около 10 колебаний, но и это не помогло. Вердикт этого совещания был категорическим - изогнутый кристалл не удержит каналирующих частиц.

Я все время пытался понять аргументы физиков, которые отрицали возможность каналирования частиц в изогнутых кристаллах. Один из их основных аргументов состоял в том, что, как они говорили, кристалл, строго говоря, изогнуть нельзя. Деформация кристалла будет вносить в его кристаллическую решетку дислокации, то есть смещения атомов, которые определенно разрушат процесс каналирования. Атомы кристалла при этом подходе рассматриваются недеформируемыми, абсолютно жесткими. Я как-то интуитивно был уверен, что упругость твердого тела определяется "упругостью" электронных оболочек его атомов, и что до какого-то предела кристаллографические плоскости будут изгибаться без разрушения их структуры. Кроме этого, при переходе ко все более высоким энергиям необходимые деформации кристалла уменьшаются. И потом, какое дело частице высоких энергий до каких-то там отдельных атомов дислокаций? Это был типичный подход физика из области высоких энергий, опыт, которого были лишены мои оппоненты.

(Продолжение следует)