К 50-летию Лаборатории высоких энергий


Анатолий Алексеевич Кузнецов - советник при дирекции ОИЯИ, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации, лауреат Государственной премии СССР, академик РАЕН.

На снимке А. Батанова (ТАСС): 1960 год.
Участники научной группы, руководимой профессором Ван Ганчаном.
Эта группа открыла новую частицу анисигма-минус гперон.
Слево направо: Дин Дацао (КНР), А. Кузнецов (СССР), А. Михул (Румыния),
Е. Каладницкая (СССР), Нгуен Дин Ты (Вьетнам).

На подступах к открытиям.

Мы были молоды в то время, и каждому из нас очень хотелось сделать свое открытие или обнаружить нечто такое, чего еще не наблюдали в других лабораториях мира. Поэтому все сотрудники лаборатории трудились с полной отдачей сил, не считаясь ни с временем, ни с семейными делами. И как результат всего этого - относительно быстрая публикация полученных на синхрофазотроне ЛВЭ первых научных результатов.

Первые экспериментальные результаты научных групп ЛВЭ, работающих на синхрофазотроне, были доложены уже летом 1959 года на международной (рочестерской) конференции по физике высоких энергий, которая проходила в Киеве. Естественно, что на этой очень престижной конференции со стороны зарубежных физиков к результатам ЛВЭ было приковано наибольшее внимание, так как от научных групп, работающих на самом мощном ускорителе в мире, можно было ожидать не только совсем новых результатов, но и возможных научных "сенсаций".

От группы 24-литровой пропановой пузырьковой камеры ЛВЭ на конференции было сделано три коротких сообщения профессорами Ван Ган-чаном и Дин Да-цао. Статистика изучаемых событий еще была не очень велика (22 ?0 -гиперона и 29 ?0 -мезона). Однако, некоторые ранее не известные свойства этих странных частиц, образующихся в пион-нуклонных взаимодействиях при рекордных в мире энергиях, были уже обнаружены. В частности, сообщалось о свойствах угловых характеристиках генерации этих частиц. Например, впервые было установлено, что в системе центра масс ?0 гипероны летят преимущественно назад (открытие общеизвестного сейчас закона инерции барионного заряда), а К0-мезоны - вперед. Впервые обнаружен также рост с энергией сечения рождения пар К0-мезонов по сравнению с сечением рождения лямбда-гиперонов….

Была и сенсация! На одном из заседаний конференции профессор Ван Ган-чан сделал сообщение о наблюдении в пропановой пузырьковой камере необычного события: вторичная положительно заряженная частица имела излом, в который смотрела нейтральная "вилка". После измерений и анализа этого события оказалось, что след после излома есть положительный пион, а вилка является К0-мезоном. Объяснение этого события было неоднозначным: или это неизвестная ранее частица (названной D+-мезоном) с массой 742 ± 25 МэВ, или это наблюдение процесса перезарядки положительно заряженного каона в К0-мезон на нуклоне ядра углерода с рождением положительного пиона и вылетом нейтрона с малой энергией. Существование последнего явления могло бы указывать на сильное взаимодействие между К0-мезоном и положительным пионом, что в свою очередь означало новый экспериментальный факт.

Очевидно, что эти сообщения пропановой группы вызвали большой интерес участников конференции. Но особенно большое внимание (и много вопросов!) было со стороны представителей группы жидководородной пузырьковой камеры из Беркли, возглавляемой профессором Л. Альварецом. Возможно, именно в тот момент представители сильной американской научной группы впервые почувствовали появление серьезного для себя конкурента со стороны Дубны в области физики высоких энергий.

Действительно, к этому времени сектор 24-литровой пропановой пузырьковой камеры уже становился одним из активнейших научных коллективов в ЛВЭ. Состав сектора был интернациональным. Его сотрудники являлись представителями почти всех стран-участниц ОИЯИ: НРБ, ВНР, СРВ, ГДР, КНР, КНДР, ПНР, СРР, СССР и ЧССР. Официальным научным руководителем сектора был Владимир Иосифович Векслер, начальником сектора - профессор Ван Ган-чан, а его заместителем - Михаил Иосифович Соловьев, под руководством которого и была создана 24-литровая пропановая пузырьковая камера.

В то время перед сотрудниками сектора были поставлены две главные задачи: поиск новых элементарных частиц и изучение новых свойств уже известных странных частиц. Для этого камера облучалась пучком отрицательных пионов с импульсами 6,8 и 8,3 ГэВ/с, которые, проходя через рабочую жидкость пропан (химическая формула С3Н8), взаимодействовали с атомами водорода (Н) и углерода (С). Поэтому при просмотре фотоснимков с камеры мы зарисовывали события-звезды, в которых присутствовала хотя бы одна (нейтральная или заряженная) странная частица, а также - любые другие необычные и загадочные события-звезды, которые не поддавались простому объяснению….

Я никогда не забуду, как, впервые заглянув в окуляры стерео - лупы, увидел четкое объемное изображение звезд, сфотографированных стерео-аппаратом в камере. Это было незабываемое и поистине фантастическое зрелище! На белом, с подсветкой, экране четко воспроизводилось стереоскопическое изображение одной или двух "звезд", отображающих результат столкновения отрицательно заряженных пионов с ядрами атомов пропана. Лучи этих звезд с разными радиусами кривизны расходились во все стороны относительно направления движения налетающего пиона, и ни одна из них не была похожа на другую. Да и всякая новая звезда, найденная на следующем кадре фотопленки, сильно отличалась от той, которая уже была ранее зарисована в тетрадке. Но, конечно, главной ценностью этих звезд была та научная информация, которую они в себе содержали и которая проявлялась после последующей обработки и анализа. Ведь запечатленные на стереокадрах события являлись поистине уникальными, потому что их никто в мире, кроме нас, еще видел.

Открытие антисигма - минус гиперона.

Просмотром фотопленок были заняты все без исключения сотрудники сектора - и начальник сектора профессор Ван Ганчан, и его заместитель М.И. Соловьев, и научные сотрудники, и лаборанты... От просмотра были освобождены только лаборанты-измерители, а также инженеры, техники и механики, которые были полностью заняты многочисленными работами по обслуживанию пузырьковой камеры. Просмотр проводился в две смены с помощью стереолуп, сконструированных в группе и изготовленных в мастерских лаборатории.

Каждый сотрудник внимательно просматривал кадр стереопары, находил нужное событие и затем аккуратно и как можно точнее зарисовывал его в специальную тетрадь, отмечая все особенности события и возможную его физическую интерпретацию. Для исключения потерь событий при просмотре одни и те же пленки просматривались два, а иногда и три раза.

Случай рождения и распада антисигма - минус гиперона был найден после просмотра 40 тысяч стереофотографий, на которых были зарегистрированы десятки тысяч других взаимодействий отрицательных пионов с атомами водорода и углерода пропана. Мне сейчас трудно припомнить точно, в каком месяце это произошло. То ли это было в конце января, то ли в начале февраля 1960 года…. Помню только, что еще стояла зима: на улице было морозно и много снега. Произошло это событие в большой рабочей комнате, которая находилась на первом этаже физического корпуса № 3. Сейчас там располагается группа по обработке ядерных фотоэмульсий.

В этот день я должен был заниматься просмотром во вторую смену. По-видимому, это был один из выходных дней, потому что в комнате нас с Владиленом Генриховичем Ивановым - сотрудником Лаборатории ядерных проблем всего двое и стояла необычная тишина. В обычные рабочие дни в этой комнате, как правило, всегда было многолюдно и очень шумно.

Мы сидели в разных концах комнаты, и каждый занимался своим делом: Влад что-то считал на "Мерседесе", а я, уткнувшись в стереолупу, просматривал оставленную мне после первой смены пленку. Иногда я просил Влада подойти, чтобы он взглянул на обнаруженную мною картинку события, а затем мы вместе обсудили бы правильность ее интерпретации. Влад легко отрывался от своих расчетов и с большим интересом включался в обсуждение моей гипотезы.

Так повторялось много раз, пока я не обнаружил событие, которое и указало позже на открытие новой частицы….

Должен сказать, что это событие заметно отличалось от ранее увиденных звезд! Во-первых, сама звезда выглядела как-то странно: помимо большого числа вторичных заряженных частиц, расходящихся в точке взаимодействия веером в разные стороны от направления движения первичной частицы, в эту точку "смотрели" еще две "вилки" - продукты распада двух нейтральных странных частиц: или лямбда-гиперона, или К0-мезона. Во-вторых, среди вторичных заряженных частиц была одна положительно заряженная частица с изломом, в вершину которого "смотрела" вторичная нейтральная звезда, состоящая из многих заряженных частиц. Причем, эта нейтральная звезда могла быть образована нейтроном, вылетевшим из вершины излома.

Я почувствовал, что в этом событии есть что-то необычное… Прежде всего, сама "картинка" положительно заряженной частицы с изломом очень подходила к гипотезе распада положительно заряженного сигма-гиперона, распадающегося (в точке излома) на положительный пион и нейтрон. Если это так, то из кинематики распада сигма-гиперона величина импульса нейтрона была бы не больше 1700 МэВ/с. Однако, мои предварительные оценки с помощью "динтыметра" (устройство, предложенное Нгуеном Дин Ты для оценки значения импульсов заряженных частиц) суммарного импульса всех заряженных следов нейтральной звезды давали значение, близкое к величине 2500 МэВ/с. Как видно, эта величина сильно превышает значение импульса нейтрона, найденного мною из кинематики распада сигма-гиперона. Из этого следовало, что нейтральная вторичная звезда может быть вызвана только аннигиляцией антинейтрона на ядре углерода! А это означало, что данное событие может быть новой (еще никем не обнаруженной) античастицей - антисигма - минус гипероном!!!

Найдя такое объяснение обнаруженного события, я позвал Влада и попросил его проверить мои соображения. Через некоторое время, проделав ту же самую операцию с "динтыметром", Влад с оговорками согласился с моей интерпретацией. После этого я зарисовал в тетради звезду, записал свою интерпретацию этого события и затем продолжил просмотр пленки…

На следующее утро о найденном мною событии я рассказал профессору Ван Ганчану и М.И. Соловьеву, показал картинку этого события и изложил свои соображения. Они по очереди сами проделали все мои действия по обоснованию моей гипотезы и решили, что об этом событии пока никому из посторонних рассказывать не надо, а пленку необходимо сразу же отдать измерителям и сделать сразу два независимых измерения разными приборами.

Так началась долгая, длиною в почти два месяца работа сотрудников сектора по обсчету и анализу этого необычного события. Объем работы все увеличивался и усложнялся. Делались повторные измерения треков события и их обсчет, искались всевозможные источники искажений характеристик наблюдаемых треков заряженных частиц, вычислялась вероятность случайного совпадения нейтральной звезды и точки излома на кадре и т. д. Чтобы понять, какой заряженной частицей образован след в событии, была развита методика измерения ионизации в пропановой камере. Ионизация определялась и измерялась у всех следов частиц звезды (существенный вклад в эту работу внес сотрудник из Польши С. Отвиновски).

В общем, путь до обнародования на научном семинаре ЛВЭ результатов работы группы об открытии антисигма - минус гиперона был тернистый и, как теперь говорят, "волнительный". В этот период времени все чаще и чаще в большую комнату "забегал" Владимир Иосифович Векслер, и с каждым его приходом волнение и напряженность в группе возрастали…

Но в один прекрасный день, когда обработка и анализ события были полностью завершены, В.И. Векслер из кабинета профессора Ван Ганчана позвонил директору ОИЯИ Д.И. Блохинцеву и сообщил ему об открытии группой пропановой камеры антисигма - минус гиперона. Только после этого сектором было получено "добро" на выступление на научном семинаре ЛВЭ и на скорейшее оформление публикации в научном журнале….

Ранним утром 24 марта 1960 года по просьбе академика В.И. Векслера я выехал из Дубны в Москву для того, чтобы срочно доставить в редакцию научного журнала ЖЭТФ рукопись нашей будущей статьи "Рождение антисигма - минус гиперона отрицательно заряженными пионами с импульсом 8, 3 BeV/c". Номер журнала уже был сверстан для печати, но редакция по просьбе Д.И. Блохинцева не отправляла его в печать, ожидая текст нашей рукописи. В жизни редакции научного журнала это было неординарное событие: в привезенной мною рукописи впервые сообщалось об открытии физиками Дубны элементарной частицы, существование которой хотя и предсказывалось теоретиками, но никем не наблюдалось в эксперименте.

Так, день 24 марта 1960 года стал в истории физики элементарных частиц официальной датой открытия новой частицы! А авторами этого открытия стали ученые стран-участниц ОИЯИ: В.И. Векслер, Н.М. Вирясов, Е.Н. Кладницкая, А.А. Кузнецов, А.В. Никитин, М.И. Соловьев (СССР), И. Врана (ЧССР), А. Михул (СРР), Ким Хи Ин (КНДР), Нгуен Тин Ты( СРВ), Ван Ганчан, Ван Цуцзен, Дин Дацао (КНР).

Недаром в то время особенно было распространено мнение, что если на только что построенном ускорителе открыта новая частица или обнаружена не известная ранее в микромире закономерность, то финансовые затраты на строительство считаются оправданными.

Как видите, открытие антисигма - минус гиперона произошло буднично как, наверное, происходят и все открытия. Это только потом появляются легенды, вроде тех, что Архимед открыл свой закон, увидев, как в ванне выплескивается "лишняя" вода при погружении тела, или Ньютон заметил падающее с яблони яблоко и вывел свой известный закон тяготения, или Рентген выключил свет и тут же случайно открыл свои рентгеновские лучи и т.д.… Может быть, что-то похожее и было на самом деле! Только как объяснить тот факт, что многие люди все эти явления уже наблюдали ранее, еще до Архимеда, Ньютона или Рентгена, но так и не увидели в этих явлениях ничего нового?!

С открытием антисигма - минус гиперона было примерно также. Дело в том, что до меня пленка с этим событием уже была ранее просмотрена одним из сотрудников нашего сектора, но события с антисигма - минус гипероном им даже не было зарисовано в тетрадь просмотра! И хотя, конечно, сравнивать по научной значимости наш случай с упомянутыми выше великими открытиями нельзя, однако, мне кажется, в самом процессе обнаружения этих явлений все-таки есть что-то общее…

(Продолжение следует.)