ОИЯИ-ЦЕРН

Доклад директора ЛФЧ профессора В.Д.Кекелидзе на заседании институтского cеминара вызвал большой интерес сотрудников Института – речь шла об обнаружении прямого нарушения СР-четности в эксперименте NA-48 в ЦЕРН и участии большой группы ученых и специалистов ОИЯИ в этом масштабном проекте, завершившемся публикацией результатов, которые войдут в анналы физики элементарных частиц. Сегодня по просьбе редакции Владимир Дмитриевич КЕКЕЛИДЗЕ комментирует итоги "блестящего десятилетия" NA-48.

Событие, конечно, историческое, выходящее за рамки физики частиц. Проблема СР-нарушения затрагивает и космологию, и общетеоретические вопросы, связанные с асимметриями в природе.

37 лет назад в эксперименте на ускорителе в Брукхейвене четыре известных физика Дж.Кронин, Дж.Кристенсен, В.Фитч и Р.Тюрлей обнаружили редкое, порядка десятой доли процента, нарушение СР-четности в распадах нейтральных каонов. Нарушалась, казалось бы, одна из незыблемых симметрий – комбинированная симметрия пространства и зарядовой четности. Сам факт нарушения СР-симметрии стал сенсацией, которая вошла в историю физики, а эта работа была отмечена Нобелевской премией. Позже стало ясно, что надо искать так называемое "прямое" СР-нарушение, которое происходит непосредственно в процессе взаимодействия частиц. Поиску этого явления за прошедшие годы было посвящено много экспериментов.

Наиболее значимыми из них, осуществлявшими поиск в системе нейтральных каонов, были Е731 и KTEV в Фермилабе и Е31 и NA48 в ЦЕРН. Первое поколение этих экспериментов (Е731 и NA48), реализованное в 80-х годах, не дало однозначного ответа на поставленный вопрос. Если в эксперименте ЦЕРН было получено указание на наличие эффекта (статистическая значимость немногим более трех стандартных отклонений от нуля), то эксперимент в Фермилабе, проведенный с несколько лучшей точностью, дал совместимый с нулем результат.

Два эксперимента следующего поколения (KTEV и NA48) продолжили поиск в 90-е годы. При этом эксперимент NA48 в ЦЕРН применил новый оригинальный подход, обеспечивающий минимальные систематические погрешности измерений.

10 мая этого года семинар, состоявшийся в ЦЕРН, поставил точку в вопросе прямого СР-нарушения. Результат эксперимента NA48 однозначно и надежно установил его существование и определил соответствующую величину в распадах нейтральных каонов: Re('/) = (15.3 2.6) x 10-4. Конечно, это сообщение вызвало большой интерес в научном мире, и о нем сообщили многие европейские газеты.

Еще немного о значении полученного результата. Известны три условия, необходимые для возникновения Вселенной, сформулированные А.Д.Сахаровым еще в 1967 году. Одним из них является наличие прямого СР-нарушения. Таким образом, установив существование этого условия, можно сказать, что мы приблизились к пониманию причины преобладания материи над антиматерией во Вселенной.

Возвращаясь к недавней истории, напомню, что в начале 99-го года физики из Фермилаба (эксперимент KTEV), узнав, что сотрудничеством NA48 уже получен предварительный результат на части статистики (около 15 процентов) и готовится соответствующая публикация, поспешили опубликовать свои, как выяснилось позже, достаточно "сырые" данные и сообщили о наблюдении прямого СР-нарушения. Ими была допущена ошибка, которую они публично признали только 8 июня этого года, представляя свои новые результаты на семинаре в Фермилабе.

Говоря откровенно и не боясь показаться нескромным, я все-таки сошлюсь на мнение многих известных физиков, признающих, что в эксперименте NA-48 достигнут исключительно высокий уровень, который по тщательности и глубине анализа трудно сопоставить со многими другими из проведенных экспериментов. При получении главного результата физики NA-48 исследовали множество эффектов и процессов, способных повлиять на основной результат. Параллельно было получено множество интересных физических результатов, существенно обогативших наши знания об элементарных частицах и внесших коррективы в соответствующие таблицы данных. Был накоплен огромный статистический материал. Достаточно отметить, что для получения адекватной статистики каонных распадов необходимо более ста лет работы будущего ускорителя LHC. Я не думаю, что полученный результат будет превзойден по точности измерения.

К составляющим успеха коллаборации NA-48, кроме оригинального и глубоко продуманного экспериментального подхода, я бы отнес удачную организацию работ. Коллаборация состоит из большого коллектива, представляющего научные центры из Австрии, Великобритании, Германии, Италии, Франции, Польши, а также ЦЕРН и ОИЯИ. Весь процесс анализа был разбит на многие составляющие – сотни самостоятельных задач, каждая из которых решалась независимо разными физиками или даже группами. Любой, даже самый незначительный результат перепроверялся. В получении основного результата также участвовало несколько независимых групп (на разных этапах до пяти). Ежемесячно достигнутые результаты сопоставлялись и обсуждались. Дубненский коллектив представлял одну из таких групп. Для анализа использовалась РС-ферма ЛФЧ – ЛВЭ, созданная благодаря поддержке дирекции ОИЯИ. Считаю своим приятным долгом выразить ей за это благодарность.

В свое время я писал об этом в журнале "Природа".

Разумеется, участие в таком престижном эксперименте составит предмет гордости для любого коллектива. Однако попасть в эксперимент NA48 было очень непросто. Вот небольшой штрих... На начальном этапе эксперимента в него попросился известный физик, нобелевский лауреат, и получил отказ. Его известность и титулы не обеспечили "входного билета". Для дубненской команды, на этапе подготовки эксперимента, таким билетом послужил значительный по масштабам и уникальный по возможностям материальный вклад. Он состоял из двух частей.

Когда в 1991 году сотрудничество NA-48 приняло решение о создании жидкокриптонового калориметра как одного из ключевых детекторов эксперимента, ведущие компании мира по производству газов не смогли дать удовлетворительных предложений ни по количеству, ни по качеству, ни по стоимости. Это 23 тонны сверхчистого жидкого криптона – масштаб, соизмеримый с годовым мировым производством. Поиск партнеров, способных решить эту проблему, привел нас в в Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники (НИКИЭТ) Минатома. Специалисты этого института обладали необходимым опытом и разработали новейшие технологии (хотя и не применявшиеся ранее для очистки криптона). Они же готовы были взять на себя организацию широкомасштабного производства на базе Уральского филиала НИКИЭТ при обеспечении необходимыми денежными средствами. Для финансирования криптонового проекта, а это более миллиона долларов США, была привлечена коммерческая фирма, имевшая опыт работы с СНГ. Руководство фирмы поверило как в российских специалистов, так и в научно-технический потенциал страны, и выделило требуемые инвестиции более чем на два года. В течение двух лет в Заречном (Свердловская область) за счет привлеченных инвесторов был пущен завод по производству сжиженного криптона, качество которого превысило требования эксперимента. В отработке технологии и контроле качества криптона принимали участие специалисты НИКИЭТ и ОИЯИ. Таким образом была решена одна из ключевых проблем подготовки эксперимента.

Очередная проблема, вставшая на пути реализации проекта NA-48, – создание большого криостата для жидкокриптонового калориметра. Наиболее удачным был признан вариант криостата из алюминиевых сплавов. Мы предложили в качестве изготовителя Государственный космический научно-производственный центр имени Хруничева. Это признанный лидер космического ракетостроения, имеющий опытнейших специалистов. ОИЯИ взял на себя ответственность за общую организацию работ, контроль производства и испытаний, обеспечение материалами, организацию транспортировки в ЦЕРН.

Международный научно-технический центр, финансирующий конверсионные программы в СНГ, обеспечил целевое финансирование этого проекта на два года в размере 670 тысяч долларов США.

При производстве криостата были использованы уникальные материалы, недоступные другим поставщикам. В частности, была изготовлена большая, относительно тонкая (4 мм) алюминиевая мембрана, достаточно "прозрачная" при этом для для регистрируемых частиц.

Летом 1995 года криостат прибыл в ЦЕРН и был собран при активном участии дубненской команды. В дальнейшем в него была помещена структура электродов и таким образом был создан уникальный детектор – жидкокриптоновый электромагнитный калориметр, по своим параметрам не имеющий аналогов. С его помощью регистрировались распады нейтральных каонов на нейтральные пионы – наиболее сложные для регистрации события. Всего было накоплено более 3,5 миллионов только СР-нарушающих распадов долгоживущих каонов на два нейтральных пиона.

Однако главным достижением наших физиков я считаю их интеллектуальный вклад в полученный результат. Именно это явилось "лицевой стороной" билета. Они заслужили право на анализ накопленных в эксперименте данных, который проводился в Дубне. Благодаря этому мы смогли вовлечь в проект талантливую молодежь.

Каждую среду в Дубне проходит семинар по NA48. За десять лет их прошло более пятисот. В этой творческой кухне варилась наша молодежь. Средний возраст дубненской команды NA48 составил 33 года! Надо отметить, что для многих молодых физиков из стран участниц ОИЯИ это была единственная возможность участия в таком эксперименте.

Как признание нашего вклада коллаборация дала право физикам ОИЯИ представлять результаты NA48 на более чем десяти международных конференциях. Только в этом году состоится пять таких выступлений.

В этом году мы продолжаем эксперимент, и в июле уже начался очередной сеанс на ускорителе СПС. Основная задача сеанса – это исследование возможных систематических ошибок, которые мы хотели бы измерить более точно. Но мы уже не сможем набрать статистику, которая позволила бы существенно изменить результат. Фактически окончательный результат по прямому СР-нарушению уже получен и вряд ли будет изменен.

Во-первых, кроме основной задачи, в эксперименте NA48 решается ряд других достаточно интересных задач. Исследуются редкие и не очень редкие распады нейтральных каонов и гиперонов. Накопленный материал позволяет уточнить многие параметры распадов этих частиц и тем самым проверить предсказания ряда теоретических моделей. Решение любой из таких задач требует участия не менее двух исследователей, и дубненской группе отводится большая роль в таком анализе.

В следующем году запланирован сеанс в рамах экспериментаNA48, полностью посвященный исследованию редких распадов нейтральных каонов. Так что работы пока хватает.

Во-вторых, мы продолжим поиск новых проявлений прямого СР-нарушения, но на этот раз – уже в распадах заряженных каонов. Почему это интересно? Потому что здесь теория отстает от эксперимента, и любые новые данные, полученные в разных системах и экспериментах, позволят глубже понять это явление. Надо сказать, что в настоящее время уже подготавливается или ведется ряд специализированных экспериментов в Фермилабе, Брукхейвене, КЕК, СЛАК и других центрах, нацеленных на исследование СР-симметрии. Суммарная стоимость этих проектов превышает миллиард долларов.

В ноябре 2000 года в ЦЕРН был утвержден эксперимент NA48/2 по поиску прямого СР-нарушения в распадах заряженных каонов. Первый сеанс запланирован на 2003 год. Коллаборация слегка изменилась, но главное, Дубна по-прежнему остается одним из ведущих центров. Из 15 институтов пока осталось десять. Ряд американских университетов и Фермилаб выразили пожелание вступить в этот эксперимент. Перед ними были поставлены определенные условия, и в настоящее время они ищут пути их выполнения. Возможно, к осени будет ясно, в состоянии ли они справиться с полученными задачами.

Имеет смысл сказать несколько слов о проблемах работы в Дубне. Среди главных я бы выделил проблему внешней компьютерной связи, которая из года в год становилась все хуже, существенно затрудняя полноценное участие в совместных исследованиях. К сожалению, из-за этого на последних этапах работы мы потеряли ряд позиций в эксперименте. Возможно, реальная пропускная способность каналов связи и увеличивалась, но для потребителей, в частности, для нашей группы, она не выдерживала никакой критики. А без хорошей и надежной связи в современном мире, тем более эксперименте по физике высоких энергий, делать нечего. Я считаю, что в Институте не уделяется должного внимания этой проблеме.

Отсутствие современной инфраструктуры связи (быстрые каналы, видеоконференции) не позволяет обеспечить физиков полноценной творческой работой у нас дома. Во многом именно это определяет отток наиболее талантливой молодежи. Ее не удержать никакой зарплатой, если не обеспечить возможность интересно работать и быть видимым в современном мировом научном сообществе.

На мой взгляд, для обеспечения ОИЯИ необходимой современной инфраструктурой нужны не столько большие средства, сколько соответствующие приоритеты в научной политике.

Это случилось у нас сразу после последнего сеанса по поиску прямого СР-нарушения осенью 99-го года. Когда установка была остановлена, во время одного из профилактических осмотров технический координатор через смотровое окошко обнаружил, что разорвана вакуумная труба диаметром порядка 20 см, проходящая через всю установку. Она соединена с большой (около трех метров диаметром, четвертькилометровой вакуумной трубой. Вся эта "бомба" разорвала в клочья наши дрейфовые камеры.

Хотя оригинальные камеры были изготовлены в Сакле (Франция), и соответствующая группа несла полную ответственность за их поддержку в рабочем состоянии и эксплуатацию, масштабы аварии были так велики, что одному институту было не под силу справиться с возникшей проблемой. Восстановление камер было решено проводить в ЦЕРН, используя потенциал всей коллаборации. Одна из наиболее трудных позиций по материалам была связана с изготовлением медно-титановой позолоченной проволочки. Сотрудникам ОИЯИ удалось найти изготовителя такой проволочки у нас в России – ООО "Институт цветметобработки" – и в жесткие сроки, до конца апреля 2000 года, изготовить требуемые 70 километров. Необходимое оборудование для восстановления камер было частично завезено из Сакле в ЦЕРН, а частично изготовлено вновь.

В мае 2000 года в ЦЕРН начались работы по восстановлению камер. Требовалось в короткие сроки провести огромные по масштабам работы – полностью заменить проволочки на более чем ста плоскостях камер сложной конфигурации, каждая диаметром 2,6 метра. Работы велись в несколько смен. На начальном этапе в этих работах принимали участие специалисты из Сакле, Пизы и Дубны. Скоро стало ясно, что только специалисты ОИЯИ в состоянии качественно справиться со всеми технологическими процедурами. По просьбе коллаборации в ЦЕРН была направлена большая команда специалистов из ОИЯИ, которая в основном и выполняла все работы по восстановлению камер. При выполнении этих работ наши сотрудники проявили себя не только как специалисты высшей квалификации, но и как исключительно ответственные, переживающие за общее дело члены единой команды. Они не только выполняли порученные операции, но подходили к работе творчески и часто вносили ценные предложения.

Эта группа представлена сотрудниками многих подразделений ОИЯИ: Н.И.Азорский, Д.А.Белослудский, А.В.Зинин, Н.Я.Калинкин, В.В.Ковалев, В.И.Коряко, Г.И.Ланциков, В.В.Тарасов, Ю.И.Федотов (ЛФЧ), Г.Л.Глонти (ЛЯП), Е.Б.Кулькова, Т.В.Семчукова (ОП), П.С.Черкасов (ОКСОО).

Высокое качество и огромный объем работ, выполненных нашими специалистами, отмечены споксменом коллаборации NA48 Генрихом Валем (Heinrich Wahl) на коллаборационном совещании в июне 2001 года, высоко оценены одним из организаторов работ по восстановлению камер, членом Ученого совета ОИЯИ профессором Бернаром Пейо (Bernard Peyaud) на летней сессии Ученого совета в июне этого же года.

Пользуясь предоставленной возможностью, хочу выразить всем нашим специалистам большую благодарность за проделанную работу и пожелать им новых творческих удач.

Материал подготовил Евгений Молчанов.
Фото ЦЕРН - ОИЯИ