Послесловие к конференции

Никто не верит в теорию, кроме создавшего ее теоретика; все доверяют эксперименту, кроме самого экспериментатора.
Альберт Эйнштейн.

Как уже сообщала наша газета, в конце мая в Бонне (Германия) проходила VIII международная конференция "Физика антипротонов низкой энергии" (LEAP-2005), в которой участвовали сотрудники лаборатории теоретической физики и лаборатории ядерных проблем ОИЯИ. О наиболее интересных вопросах теории, обсуждавшихся на конференции, проведенных и планируемых экспериментах мы попросили рассказать двух участников этого международного форума, представителей экспериментальной и теоретической школ - профессора И.Н.Мешкова, доклад которого по планируемому на установке LEPTA эксперименту по генерации позитрония заинтересовал собравшихся, и профессора В.Б.Беляева.

На конференции обсуждался широкий спектр проблем физики частиц и фундаментальных законов физики. Для меня как экспериментатора было интересным обсуждение возможности постановки новых экспериментов на антипротонах низких энергий - интересных, с точки зрения изучения различных законов симметрий, объектов исследований. Поэтому спектр исследований, проводимых в этой области, условно можно разделить на три части.

Первая - эксперименты с собственно антипротонами, взаимодействие антипротонов с протонами, различные реакции аннигиляции с генерацией "вторичных" частиц. Вторая и третья части связаны с "экзотическими", то есть не существующими в природе, а искусственно создаваемыми, атомами. Вторая - эксперименты с "антипротонными" атомами, в которых один из электронов замещен антипротоном. Чаще всего для этого используется атом гелия. Радиус Боровской орбиты такого антипротона в атоме так мал, что антипротон "касается" ядра, поэтому кроме электромагнитного взаимодействия существенным становится и вклад сильного взаимодействия. Это позволяет извлекать сведения о его природе. Спектроскопия антипротонных атомов сегодня - очень активная область экспериментальных и теоретических исследований, чем занимаются, в частности, у нас в ЛТФ.

Третья часть связана с генерацией антиводорода - антиатомов, состоящих из антипротона и позитрона.

Сегодня вся экспериментальная антипротонная физика низких энергий сосредоточена в ЦЕРН. Там работает антипротонный накопитель AD для получения антипротонов низких энергий. В Фермилаб (США) также планируют эксперименты в этой области. В проекте FAIR, предложенном в GSI (Дармштадт), для этих целей планируется отдельный комплекс установок FLAIR, который начнет работать на эксперимент в 2012 году.

А пока ЦЕРН остается монополистом на эксперименты с антипротонами низкой энергии. Там на AD сегодня ведутся три эксперимента. Один из них - с антипротонным гелием. Этот эксперимент, в котором участвуют специалисты Европы и Японии, называется ASAКUSA - аббревиатура, которая, наверное, не случайно совпала с названием знаменитого храма в Токио. В двух других экспериментах - ATHENA и ATRAP научились генерировать антиводород (порядка 10 атомов в секунду в импульсе, продолжительностью 2 мин.) в процессе рекомбинации охлажденных антипротонов и позитронов. В специальной ловушке-"гнезде" ("nested trap") накапливаются и рекомбинируют протоны и антипротоны. Установки отличаются в деталях, на них работают большие коллаборации физиков из Европы и США, между которыми идет соревнование.

На конференции обе коллаборации представили состояние проводимых ими исследований. Если в эксперименте ASAKUSA уже несколько лет вовсю идет физика: прецизионные измерения сверхтонкой структуры антипротонного гелия и его Лэмбовского сдвига, то на других двух установках, научившись генерировать антиводород, пока только приступают к тому, чтобы его удерживать в "ловушке Иоффе" (минимум магнитного поля по всем трем измерениям). В ней атомы удерживаются в результате взаимодействия их магнитного момента с неоднородным магнитным полем. Задача эксперимента - захватить атомы антиводорода, охлажденного до долей градуса Кельвина, с последующим проведением их лазерной спектроскопии высокого разрешения, когда атомы облучаются двумя встречными пучками лазера так, что компенсируется в первом порядке эффект Доплера. Эксперименты такого рода проводятся с атомами водорода, и там при измерении длины волны перехода 1S-2S достигнута относительная точность лучше 10-12. Цель экспериментов на установках в ЦЕРН - провести измерения антиводорода на таком же уровне точности. Если будет установлено различие, то это будет свидетельствовать о нарушении СРТ-теоремы, одного из фундаментальных законов физики.

Более того, в этих коллаборациях замахиваются на антигравитацию. Суть эксперимента состоит в том, чтобы попытаться проследить куда - вверх или вниз будет отклоняться направленный из ловушки поток очень медленных (около 130м/с при 1оК) атомов антиводорода. Здесь главная сложность - сформировать поток таким образом, чтобы его угловая расходимость была меньше ожидаемого отклонения в поле тяготения.

Вопросы, которые обсуждались на конференции, я бы условно разделили на две группы. Первая связана с "атомно-молекулярными" процессами: такими, как образование атома антиводорода, других молекул и комплексов, например, антипротона с атомом гелия. Сюда же можно отнести соответствующие экспериментальные установки и обсуждение результатов экспериментов. Уже осуществленные и планируемые эксперименты, в основном, направлены на проверку теоремы о сохранении CPT-четности.

Интересный доклад по "молекулярной" тематике сделала молодая сотрудница ЛТФ Нина Шевченко. В работе, выполненной ею вместе с Яношем Реваи (ЦИФИ, Будапешт), рассматривается процесс захвата антипротонов атомом гелия. Такие системы были обнаружены давно, и на накопительных кольцах в ЦЕРН ведутся их интенсивные исследования. Эти авторы первыми посчитали вероятности образования таких систем на основе квантово-механической формулировки. Механизмы образования антиводорода - чисто молекулярная деятельность, в которой участвуют антипротоны. Система "антипротон с гелием" интересна для исследователей тем, что она по атомным масштабам долгоживущая - существует микросекунды. Это означает, что можно создавать пучки антипротонов и проводить на них фундаментальные исследования.

Вторую часть можно назвать адронной, поскольку на ней обсуждались вопросы, связанные с аннигиляцией протона и антипротона и рождением экзотических частиц, в частности, чармониев. Чармонии представляют собой связанные с и анти-с кварки (нечто подобное атому водорода), находящиеся в основном и возбужденном состояниях. Обсуждались вопросы получения чармониев, исследования их взаимодействия с ядерной средой. Почему это интересно? Чармонии, состоящие из кварков, которых нет в составе ядра, должны взаимодействовать с ядром при помощи обмена глюонами, осуществляя сильное взаимодействие. Обычно глюоны проявляются в процессах при высоких энергиях, а во взаимодействии чармония с нуклонами можно изучать глюоны при низких энергиях. При аннигиляции также могут возникать d-мезоны, тем самым, открывая интересную возможность изучать взаимодействие частицы с открытым чармом с ядерным веществом. Довольно много внимания на конференции уделялось спектроскопии чармониев, изучению всех их характеристик.

В отдельную часть можно выделить обсуждения, связанные с экспериментальными установками, причем, не только в GSI, но и в Упсале (Швеция), ОИЯИ и ЦЕРН - их современный статус, планы будущих экспериментов.

Поскольку конференция была организована Исследовательским центром ядерной физики в Юлихе, то в ней участвовало много сотрудников этого центра, в том числе, и работающих там по контракту сотрудников ОИЯИ, физиков из московских и питерских институтов, выступили с докладами много молодых ученых из Юлиха. Хочу отметить два мероприятия, организованных в ходе конференции для пропаганды науки. Участники конференции выступили в университете Бонна с обзорными лекциями для школьников, и в самом Юлихе прочитали несколько лекций для широкой публики о прикладном и медицинском применениях результатов научных исследований. На мой взгляд, это полезное дело, и я бы рекомендовал и на наших конференциях проводить такие публичные выступления.

Следом за конференцией LEAP там же состоялась и конференция STORY-05, посвященная адронной тематике. На ней, в частности, обсуждались исследования рождения фи-мезонов на пороге, проведенные в Юлихе. Как следует из докладов, предварительные эксперименты обнаружили очень сильное притягивающее взаимодействие между фи-мезоном и ядерным веществом. Это довольно неожиданный результат, и если он подтвердится, то может возникнуть новое направление в ядерной физике, изучающее образование новых ядерных кластеров.

Вообще, наиболее интересная часть каждой конференции - кулуары. Доклады потом публикуются и становятся доступны всем, а именно в кулуарных обсуждениях можно выяснить интересные детали. Мне было интересно пообщаться с крупным экспериментатором из Японии профессором Хайяно. Он занимается интересной проблемой, которую почему-то не включили в программу конференции, хотя делать такие эксперименты - в возможностях Юлиха. А суть вот в чем. В прошлом году японцы опубликовали работу, в которой утверждали, что видят в столкновении протон-гелий-4 кластер, состоящий из одного К-мезона и трех нуклонов, и довольно точно определили его массу. Оказалось, что она почти на 180 МэВ меньше суммы масс свободных частиц кластера, то есть образующийся кластер чудовищно плотный. Это крайне неожиданная вещь, так как низкоэнергетические опыты, в которых изучается взаимодействие К-мезонов с нуклонами, показали, что они не сильно притягиваются.

Ольга Тарантина