Комментарий жюри конкурса

99-я сессия Ученого совета ОИЯИ утвердила решение жюри по премиям ОИЯИ за работы, выполненные в 2005 году. Работы лауреатов конкурса комментирует председатель жюри профессор Цветан Вылов.

Ежегодное подведение итогов конкурса научных работ сотрудников Института - своеобразный смотр научных достижений, подтверждающий высокий уровень, актуальность и новизну теоретических, экспериментальных и прикладных исследований. Не случайно в предыдущие годы лауреаты институтского конкурса работ отмечались также престижными премиями различных международных фондов, наградами, имеющими большой вес в мировом научном сообществе.

Целью исследований А.В.Котикова и его коллег было детальное сравнение предсказаний фундаментальной теории сильных взаимодействий - квантовой хромодинамики - с данными для структурных функций процессов глубоконеупругого рассеяния (ГНР) лептонов на нуклонах. Для достижения этой цели авторам потребовалось, с одной стороны, учесть максимально доступные порядки теории возмущений (ТВ) КХД, а с другой - выйти за рамки ведущего члена операторного разложения, включив в анализ поправки по квадрату обратно переданного импульса, связанные с операторами твиста 4. Подобный подход к изучению процессов ГНР лептонов на нуклонах является уникальным с точки зрения учета эффектов не только малых, но и больших расстояний, связанных с непертурбативной динамикой КХД. Результаты исследований хорошо известны специалистам и, в частности, нашли применение при обработке данных ГНР нейтронно-нуклонного рассеяния в области Q2<5 ГэВ2, ранее полученных коллаборацией ИФВЭ-ОИЯИ на ускорителе У-70, а также при обсуждении научной программы LHC и будущих нейтринных фабрик.

Цикл работ В.А.Беднякова, В.Шимковича и Х.Клапдор-Кляйнгротхауса посвящен феноменологическому анализу возможностей прямого и косвенного детектирования темной материи суперсимметричного расширения Стандартной модели фундаментальных взаимодействий. При этом обсуждается роль спиновых эффектов во взаимодействии темной материи с ядрами. Авторы рассматривают три аспекта проблемы: анализ возможностей прямого детектирования; определение количества темной материи; связь между поисками темной материи в неускорительных экспериментах и поиск суперсимметрии на коллайдерах. В отмеченном цикле работ проведен всесторонний анализ следствий суперсимметричных моделей для детектирования темной материи, дан определенный ориентир для будущих экспериментов и показаны возможности преодоления противоречий в существующих экспериментах.

Излучение Вавилова-Черенкова (ИВЧ) было открыто 70 лет назад. Однако до настоящего времени в литературе ведется дискуссия по ряду связанных с ним проблем, включая даже вопросы терминологии. Центральное место в представленном цикле работ Г.Н.Афанасьева занимает книга "Vavilov-Cherenkov and Synchrotron Radiation Foundation and Application" (Kluwer Academic Publisher, London, 2004). Исследования Г.Н.Афанасьева существенно пополняют и развивают теорию и открывают новые неизвестные стороны явления, способствуя более глубокому пониманию эффекта. Некоторые предсказания уже подтверждены экспериментально: например, тонкая структура ИВЧ при движении заряда в среде с дисперсией, другие предстоит проверить, хотя есть косвенные указания на их правильность в ранее выполненных экспериментальных работах.

Цикл работ С.Б.Герасимова и других авторов посвящен изучению внутренней структуры нуклонов. Особое внимание уделено их структурным спиновым функциям. В теоретическом плане общепризнанным является правило сумм, полученное впервые С.Б.Герасимовым в 1966 году и подтвержденное позже С.Дрелом и А.Херном. Это правило теперь известно под именем трех авторов (ГДХ), и в экспериментальном плане стало проверяться совсем недавно. Важный вклад в эти работы внесло сотрудничество HERMES, где измерения одновременно проводились от области нуклонных резонансов до области глубоко неупругого рассеяния. Результаты HERMES впервые показали, что с ростом виртуальности вклад нуклонных резонансов быстро исчезает. В то же время вклад глубоко-неупругого рассеяния сохраняется практически во всей измеренной области, включая нуклонные резонансы. Указанные измерения проведены как для протонов, так и для нейтронов методом вычитания. Этот цикл работ является уникальным пионерским экспериментальным достижением, который внес существенный вклад в исследование структуры нуклонов.

Цикл работ В.Д.Кекелидзе и др. посвящен исследованию полулептонных распадов нейтральных каонов в эксперименте NA-48, точнее - проблеме СР-нарушений. Эти эксперименты относятся к поиску признаков новой функции, то есть малых отклонений экспериментальных данных со сверхвысокой статистикой от прецизионных теоретических предсказаний стандартной модели. Такие "открытия" в этой области уже имелись: скалярные и тензорные варианты, нарушения унитарности СКМ матрицы. В эксперименте проведен прецизионный анализ порядка 6 миллионов реконструированных событий полулептонных распадов нейтральных каонов. Главный результат: убедительное закрытие всех псевдооткрытий и наведение порядка в этой области. Тем самым заложен необходимый фундамент для поисков проявлений истинно новой физики.

Для теоретического анализа свойств состояний атомных ядер с энергией возбуждения больше 2 МэВ необходимы данные о плотности уровней ядра и о радиационных силовых функциях. Эти данные могут быть получены при исследовании распада компаунд-состояний ядер, образующихся при захвате нейтрона ядром. Однако сложность гамма-спектров затрудняла решение этой задачи. Цикл работ А.М.Сухового и В.А.Хитрова посвящен изучению свойств каскадов совпадающих гамма-квантов при захвате тепловых нейтронов ядрами. Анализ полученных данных позволил авторам утверждать, что они наблюдают ступенчатую структуру зависимости плотности возбужденного состояния ядер от энергии возбуждения практически для всех изученных ядер (39<A<201), независимо от типа ядра (круглые, деформированные и др.). На основе эмпирических оценок авторы предполагают, что ступенчатая структура может быть связана с разрывом куперовских пар нуклонов. Авторы подчеркивают необходимость более подробного теоретического рассмотрения этого наблюдавшегося ранее явления.

Доминирующим направлением современной ядерной физики стало исследование свойств экзотических ядер, лежащих за пределами области стабильности. В этих исследованиях широко используются пучки радиоактивных ядер. Цикл работ Р.Вольского и др. принадлежит к этому главному направлению: речь идет об изучении ядерной структуры нуклонно-нестабильных ядер водорода 4Н, 5Н и 7Н. Решение такой задачи потребовало разработки и создания оригинальной и весьма сложной экспериментальной методики, способной принимать пучки высокорадиоактивных изотопов трития. Создана уникальная мишень из жидкого трития. Развитая детекторная система обеспечивала регистрацию всех продуктов реакций, включая нейтроны, с высоким угловым и энергетическим разрешением. Анализ многочастичных распадов потребовал серьезных усилий по созданию адекватных программ обработки наблюдаемых многочастичных событий. Авторы получили надежные данные по изотопу водорода 4Н. Проведено первое и полное исследование основного и возбужденного состояний 5Н. Обнаружены два новых, тесно интерферирующих между собой возбужденных состояния. Впервые проведены экспериментальные оценки времени жизни и сечения образования ядра 7Н, позволяющие оценить положение его основного состояния.

Вычислительные методы квантовой химии в принципе позволяют определять электронные, структурные и динамические свойства молекул, молекулярных кластеров и конденсированных фаз, исходя из первых принципов электронного строения атомов. Однако вычислительные решения уравнения Шредингера в задаче многих тел, с помощью многих приближений и множественных итераций, требуют четкой экспериментальной проверки и корректировки. Для этого необходимо детальное изучение структуры и динамики типичных соединении для определенного класса субстанции. Нейтронная спектроскопия дополняет методы оптической спектроскопии в исследовании низкочастотных мод, определяющих межмолекулярные взаимодействия, и имеет преимущество в определении колебательных мод атомов водорода. Цикл работ И.Натканца и др. представляет результаты, полученные на спектрометре НЕРА реактора ИБР-2 по проектам исследования динамики кристаллов с водородными связями и молекулярной динамики биологически активных соединениии, с целью проверки расчетов выполненных в приближении теории функционалов плотности.

Цикл работ А.Артикова и др. посвящен созданию сцинтилляционного детектора мюонов установки CDF-II на Тэватроне ФНАЛ. Авторами разработан и создан новый сцинтиллятор, по основным параметрам превосходящий лучшие мировые аналоги; разработана методика исследования и детального изучения цепочки сцинтиллятор - оптический кабель - фотоумножитель; создан новый класс крупногабаритных (длиной до 3,2 м) сцинтилляционных детекторов со съемом информации с помощью спектросмещающих плоских многоволоконных оптических кабелей. Система сцинтилляционных детекторов мюонов CDF на 75 процентов покрыта детекторами ОИЯИ. Важным итогом работы стало создание производственной базы для реализации подобных проектов, которая уже применена для изготовления сцинтилляционных детекторов (общим весом около 60 тонн) установки OPERA.

Одним из интересных результатов, полученных в экспериментах на RHIC и, в частности, на установке PHENIX, является сильное подавление нейтральных пионов и заряженных адронов с большим рt в центральных Аu + Au столкновениях по отношению к аналогичному выходу в р + р столкновениях в пересчете на эффективное число парных столкновений. Для более детального изучения этого эффекта возникла необходимость расширения области идентификации частиц до значения рt порядка 10 ГэВ/с. Знать спектры идентифицированных адронов важно, поскольку некоторые частицы более интенсивно рождаются из глюонных, а не из квартовых струй. Чтобы расширить область идентификации частиц, было предложено дополнить спектрометр новой подсистемой, состоящей из черенковских счетчиков с аэрогельным радиатором. Цикл работ С.В.Афанасьева и его коллег посвящен решению этой проблемы. Основываясь на обширной программе R&D исследований, авторы создали полномасштабный модуль, состоящий из 160 индивидуальных аэрогельных счетчиков. Детектор имеет достаточное количество фотоэлектронов и однородную пространственную эффективность регистрации по всему рабочему объему. С его помощью удалось увеличить область идентификации частиц на 50 процентов.

Цикл работ В.В.Бехтерева и др. посвящен созданию ЭЦР источника многозарядных ионов DECRIS-SC. Уникальность установки в том, что источник использует гибридную систему: аксиальная компонента магнитного поля создается сверхпроводящими соленоидами, а радиальная - гексаполем из постоянных магнитов. Такое решение позволило, с одной стороны, значительно увеличить уровень аксиального магнитного поля (до 3 Тесла) по сравнению с "теплыми" вариантами источников, а с другой стороны существенно упростить и удешевить магнитную систему по сравнению с чисто сверхпроводящими ловушками. Несмотря на уникальность, созданный ионный источник является эксплуатационной установкой, которая более полутора лет работает на циклотроне ИЦ-100, существенно расширив его возможности.

В настоящее время информационно-вычислительная инфраструктура ОИЯИ объединяет в себе несколько тысяч РС и десятки серверов различного назначения, которые территориально разнесены на несколько километров. "Скелетом" этого огромного комплекса является гигабитная сетевая магистраль, включающая в себя оптоволоконную кабельную структуру и программно-аппаратные средства, обеспечивающие прием, передачу и коммутацию информационных потоков комплекса. Эффективность работы каждого пользователя сети ОИЯИ в значительной степени определяется быстродействием передающей среды, то есть сетевой магистрали. Цикл работ К.Н.Ангелова и др. выполнен в течение трех лет. Проделана огромная научно-техническая и организационная работа, связанная с анализом технических решений, выбором и тестированием аппаратуры, прокладкой, сваркой и испытанием волоконно-оптических кабелей, а также комплексной отладкой всей аппаратуры и программного обеспечения. Все эти работы были выполнены без нарушения функционирования действующей сети.

Цикл работ А.М.Балагурова и др. посвящен использованию дифракции нейтронов для изучения внутренних напряжений в материалах. Как известно, поначалу метод Фурье-дифрактометрии развивался на ИБР-2 для сугубо физических исследований атомной структуры сложных кристаллов, фазовых переходов в них, определение малых изменений структуры при внешних воздействиях и т.д. Однако высокие параметры созданного авторами Фурье-дифрактометра высокого разрешения (ФДВР) позволили начать работу в новой области - измерять ничтожно малые смещения дифракционных пиков от номинальных позиций, вызванных наличием внутренних напряжений в изучаемом материале или изделии. Для материаловедов, инженеров и конструкторов этот метод представляет исключительный интерес, так как только с помощью нейтронов можно "заглянуть" внутрь изделия на глубину до нескольких сантиметров. Кроме того, только дифракция нейтронов позволяет разделять различные компоненты внутренних напряжений, прежде всего, макро- и микронапряжения, как правило, сосуществующие в реальных изделиях.

Одной из наиболее сложных ключевых задач современной нанонауки является создание недорогих методов получения наноструктурных материалов. Среди активно развиваемых методов производства наноструктур особое место занимает ионно-имплантационная нанотехнология, позволяющая формировать в любом материале фазы нановыделений практически из любых химических элементов. Цикл работ В.Ф.Реутова, С.Н.Дмитриева и А.С.Сохацкого посвящен разработке ионно-имплантационной нанотехнологии применительно к решению проблем формирования и синтеза в объеме твердых тел монодисперсионных наноразмерных структур. Этот цикл базируется на разработанных в ЛЯР оригинальных идеях облучения объектов многоэлементным пучком многозарядных ионов и разделения процессов зарождения и роста нановыделений в объеме твердого тела.

Конкурс научных работ 2005 года еще раз подтвердил высокий уровень исследований по всем научным направлениям ОИЯИ. Жюри испытало приятные трудности по выбору лауреатов, особенно в разделе научно-экспериментальных работ. В отличие от предыдущих лет, возросло число участников из физики элементарных частиц. Приятно отметить, что большая часть работ выполнена на базе ОИЯИ и что авторские коллективы включают многих участников из стран-участниц. Хочется пожелать успехов будущим конкурсантам и еще большего участия в коллективах молодых физиков.