Горизонты научного поиска

Девятое международное, или Спин в теории и эксперименте

Совещание на спиновой физике при высоких энергиях проходило в Дубне со 2 по 7 августа. Оно было юбилейным. Ровно двадцать лет назад эта серия совещаний началась в Дубне под председательством Льва Иосифовича Лапидуса, известного ученого, замечательного человека, большого энтузиаста этого направления, внесшего значительный вклад в его развитие. В будущем году ему бы исполнилось 75 лет, и поэтому проходившее совещание было посвящено его памяти. С воспоминаниями о Л.И.Лапидусе, его научной и организационной деятельности, а также об основных докладах, сделанных на первой конференции, выступил С.Б.Нурушев (ИФВЭ), а в центральной научной библиотеке ОИЯИ была развернута выставка его работ.

В последующие годы совещание проводилось в ИФВЭ в Протвино в промежуточные годы между большими симпозиумами по спиновой физике, но в 1997 году оно вновь вернулось в Дубну. Настоящее совещание собрало около 90 ученых из стран СНГ, Германии, Польши, СНА, Японии и других стран, в том числе и 40 сотрудников ОИЯИ. Традиционно на совещании обсуждались актуальные теоретические и экспериментальные проблемы спиновой физики в области высоких и промежуточных энергий. Большие программы исследования спиновых эффектов, разработанные и осуществляемые в лабораториях ОИЯИ, были широко представлены в программе совещания. Это исследования спиновых явлений на уникальных поляризованных пучках дейтронов, нейтронов и протонов, проводимые в ЛВЭ, широкий спектр теоретических исследований спиновых эффектов, проводимые в ЛТФ имени Н.Н.Боголюбова. Значительное место в работе совещания заняли доклады о текущих и планируемых исследованиях спиновых эффектов в крупнейших экспериментах: SMC, HERA и NOMAD, COMPASS и по программе RHIC. Всего в программу совещания было включено 25 приглашенных докладов и более 40 оригинальных сообщений.

Л.И.Лапидус, как никто другой, отлично понимал, насколько тонким и чувствительным инструментом являются спиновые исследования свойств частиц и ядер, затрагивающие скрытые и интимные особенности их взаимодействия. Недаром результаты таких исследований не один раз меняли «моду» в науке, заставляя теоретиков пересматривать представления о механизме взаимодействия частиц. В 50-х годах это было открытие нарушения Р- и С-четности, в 60-х – обнаружение спиновой асимметрии в процессе перезарядки пионов на нуклонах, приведшее к реджиевским разрезам, наряду с полюсами. Обнаружение в 1976 году большой поперечной поляризации лямбда-гиперонов, рожденных на неполяризованной мишени, резко противоречило господствовавшей тогда наивной партонной модели и заставило модифицировать и уточнять ее. (Впрочем, несмотря на прошедшие с тех пор 25 лет, до сих пор нет единого понимания природы поляризации гиперонов. Почему, например, анти-лямбда гиперон неполяризован, а открытый в Дубне анти-сигма-минус гиперон сильно поляризован?) И, наконец, - пресловутый «спиновый кризис» 1987 года, невозможность объяснения спина нуклона только спинами составляющих его кварков, вызвавший бурную деятельность теоретиков всего мира и постановку специальных экспериментов (COMPASS, RHIC, HERMES) по проверке предложенных гипотез его разрешения (в частности, наиболее популярной сейчас гипотезы дубненских теоретиков о большом вкладе глюонов).

Выбор наилучшего метода в будущих измерениях спинового вклада глюонов обсуждался и на этом совещании: Й.Претц – COMPASS, А.Бравар – RHIC, А.Ткабладзе – HERMES. К сожалению, приходится констатировать, что единого наилучшего метода, по-видимому, нет. Одни обеспечивают хорошую статистическую ошибку, но имеют большую систематическую, другие – наоборот. Поэтому большой интерес вызвал доклад К.Ковалик (Варшава) о разработке нового подхода к отбору нужных событий, основанного на применении метода нейронных сетей. Между тем, теоретики, в ожидании результатов новых экспериментов, пытаются уже сейчас косвенно оценить вклад глюонов из анализа всех имеющихся данных с помощью уравнений квантовой хромодинамики. Результат – этот вклад нужного знака, и – он достаточно велик для того, чтобы быть причиной «спинового кризиса» (Д.Стаменов, София).

Вопрос о вкладе «морских» кварков в спин нуклона был поднят в докладе М.Полякова (Бохум), который отметил, что предполагаемое обычно равенство вкладов разных «ароматов» противоречит так называемому принципу Паули, запрещающему двум одинаковым кваркам находиться в одном и том же состоянии. Соотношение же между разными ароматами зависит от модели формирования спина. Поэтому измерение этого соотношения в будущих экспериментах открывает возможность проверки таких моделей.

Одной из важнейших характеристик спиновой структуры нуклона является распределение поперечной к направлению движения составляющей спина кварков (так называемая «поперечность» нуклона). Ее определение требует измерения специальных азимутальных асимметрий вторичных частиц. О первом опыте по измерению таких асимметрий на установке HERMES рассказал К.Оганесян (Ереван), а об извлечении из них «поперечности» нуклона – А.Ефремов (Дубна).

Далеко неясным остается также вопрос о роли орбитального момента кварков. Его измерение также требует изучения специальных процессов, так называемого глубоко виртуального комптоновского рассеяния, первые пробы которого на установке HERMES были представлены А.Борисовым, Дж.Эли (США) и Е.Томасом (Фраскати). Теория же таких процессов и связанных с ними новых характеристик нуклонов (так называемых обобщенных функций распределения) освещались в докладах А.Шафера (Регенсбург), Б.Постлера (Вупперталь), О.Теряева и И.Аникина (Дубна).

Важным шагом в понимании спиновой структуры нуклона является проверка правила сумм Герасимова – Дрелла – Хирна, которое связывает интеграл по энергиям от спиновой структурной функции глубоко неупругого рассеяния на нуклоне, в пределе нулевой передачи, импульса с аномальным магнитным моментом нуклона. (Кстати, как следует из мемориального доклада С.Б.Нурушева, все необходимые формулы для этого правила сумм содержались уже в работе Лапидуса и Чжоу-гуан-чжао 50-х годов. Поэтому его следовало бы именовать правилом сумм Лапидуса – Чжоу-гуан-чжао – Герасимова – Дрелла – Хирна.)

Дело в том, что в области больших передач импульса этот интеграл для протона явно положителен, а при переходе к нулевым передачам он должен поменять знак. От того, где и как происходит этот переход, зависит ответ на вопрос, как партонная картина нуклона с ее бесконечным числом кварков переходит в классическую картину нуклона, состоящего из трех кварков. Эксперименты, выполненные ранее в Лаборатории имени Джефферсона (США), свидетельствуют в пользу модели Соффера – Теряева. На совещании же были представлены данные нового эксперимента той же лаборатории на ядрах гелия-3, позволяющие проверять аналогичное правило сумм для нейтрона (доклад П.Золнерчука).

Новые эксперименты по проверке этого правила сумм выполнены на установках ELSA в Бонне и MAMI в Майнце (К.Хелбинг, Эрланген и И.Преображенский, Петербург), а также на установке HERMES (А.Нагайцев, Дубна).

Еще одна загадка добавилась и к проблеме поперечной поляризации лямбда-гиперона, о которой упонималось выше. Оказалось, что полученные в процессе электророждения на установке HERMES лямбда-гипероны также достаточно сильно поляризованы, но с другим знаком по сравнению с тем, что наблюдается в адронных процессах (О.Гребенюк, ПИЯФ, и В.Алексахин, Дубна)! Почему? Пока никому не понятно.

Новые данные получены и по лево-правой асимметрии пионов, рожденных поперечно поляризованным пучком с энергией 22 ГэВ (AGS) на углеродной мишени (С.Нурушев, ИФВЭ). Сравнение с ранее полученными данными подтвердили, что эта асимметрия практически не зависит ни от энергии ни от сорта мишени, что делает процесс очень удобным для поляриметрии. Что же касается теории, то сейчас имеется по крайней мере две возможности объяснения этого явления. Один из подходов был разработан в Дубне еще в начале 80-х годов и связан с асимметрией в партонном подпроцессе, а второй – с лево-правой асимметрией процесса фрагментации поперечно поляризованного кварка, обнаруженной на установке DELPHI (доклад А.Ефремова, Дубна). Какая из них окажется правильной – покажет будущее.

Наконец, на совещании было представлено и обсуждалось много докладов по спиновой физике промежуточных энергий на различных поляризованных пучках ускорителей Дубны, Гатчины, Новосибирска и RIKEN в Японии. Как правило, полученные спиновые характеристики процессов (асимметрии, выстроенности, передачи поляризаций и т.д.) не следуют предсказаниям стандартного подхода к ядру как в системе нуклонов, связанных парными силами, и при малых межнуклонных расстояниях требуют введения каких-то новых элементов (трехчастичных сил, многокварковых конфигураций и пр.).

Процессы с участием поляризованных частиц всегда были среди наиболее трудных как для экспериментаторов, так и для теоретиков. Во-первых, работая с поляризованными мишенями, экспериментатор должен бороться с тепловым «хаосом», который стремится разрушить упорядочивание спинов. Для этого нужны температуры жидкого гелия. Другие трудности, наподобие деполяризующих резонансов, возникают при ускорении поляризованных частиц и при управлении поляризованным пучком. Во-вторых, спиновые явления очень коварны. Как правило, они наиболее заметны в тех кинематических областях, где сам процесс наименее вероятен. Поэтому на совещании значительное место было уделено технике спиновых процессов (мишени, источники, поляриметры и пр.). К сожалению, ни рамки газетной статьи, ни компетенция авторы в этих вопросах не позволяют более детально остановиться на них. Однако следует отметить работы по получению и ускорению поляризованных дейтронов на нуклотроне ЛВЭ (доклад Ю.Пилипенко). Хочется надеяться, что успешное завершение этих работ позволит ОИЯИ сохранить ведущее положение в области спиновой физики.

Проведение подобного совещания и участие в нем многих ученых из России и стран СНГ было бы невозможным без финансовой поддержки Российского фонда фундаментальных исследований, международного оргкомитета симпозиумов по спиновой физике, ЮНЕСКО и ОИЯИ, через программы Гейзенберг – Ландау, Боголюбов – Ингфельд и Блохинцев – Вотруба. И мы благодарны им за эту поддержку.