Горизонты научного поиска

В следующем году ОИЯИ исполняется 50 лет, и я хочу напомнить давние времена в связи с современными достижениями. Для примера хочу воспользоваться одной научной проблемой, которая волновала физиков 50-х годов прошлого столетия и волнует до сих пор.

Василий Иванович Шаров (сидит за компьютером). Слева направо: Роман Александрович Шиндин, Леонид Николаевич Струнов (стоит поодаль), Иван Павлович Юдин, Алексей Анатольевич Морозов.
Речь пойдет о том, как физики из группы Василия Шарова и Леонида Струнова в рамках программы исследований на экспериментальной установке "ДЕЛЬТА-СИГМА" в Лаборатории высоких энергий, более-менее независимо от своего желания и убеждения окончательно уничтожили одну очень привлекательную теорию. Надо добавить, что сделали они это благодаря своей совести и этике научной работы, с помощью нового сверхпроводящего ускорителя, заранее полученного нейтронного пучка, современной аппаратуры и вычислительной техники.

Многим в мире, включая участников эксперимента на установке "ДЕЛЬТА-СИГМА", было бы намного приятней и даже выгодней доказать, что теория работает. Но такова уж судьба экспериментальной спиновой физики, которую всегда твердо защищал академик А.М.Балдин, - уничтожать существующие модели. Прошу читателя, который любезно решился прочесть мои первые строчки, спокойно перепрыгнуть все, что покажется дальше непонятным. Информация не пострадает.

55 лет тому назад: Г.Ф.Чью (G.F.Chew) из Беркли (Berkeley), и И.Померанчук из Москвы, оба теоретики, практически одновременно и независимо предложили метод, как определить часть взаимодействия нейтрона и протона, которая зависит от спина. Правда только в случае, если нейтрон и протон обмениваются зарядом, что обычно называется перезарядкой, или рассеянием назад.

В начале пятидесятых годов прошлого века поляризованных пучков было очень мало, а поляризованные мишени вообще не существовали. Любое предложение, как получить новую информацию о влиянии спина при взаимодействии двух основных частиц, было очень привлекательным для физиков-экспериментаторов. Тем более привлекательно то, что оба известных теоретика для изучения спиновых зависимостей предлагали обмануть природу и использовать неполяризованные пучки и неполяризованные мишени.

Предлагаемый эксперимент включал измерения двух величин. В первом измерении нейтронный пучок падал на дейтериевую мишень и определялось количество протонов, вылетающих с такой же энергией, как энергия падающих нейтронов. В процессе такого взаимодействия останутся два очень медленных нейтрона, которые даже наблюдать нельзя. Оба физика-теоретика предупредили, что необходимое условие их предложения состоит в том, что между этими двумя медленными частицами никакое взаимодействие не происходит. В течение короткого времени было доказано, что идентичная величина может быть получена и при рассеянии протонов на дейтериевой мишени и даже при рассеянии ускоренных дейтронов на водородной мишени.

Второе предложенное измерение состоит в определении похожей величины в упругом рассеянии нейтронов на протонной мишени. Эту величину можно даже взять из опубликованных результатов. Отношение этих двух величин, по предсказанию теории, будет соответствовать той части упругого рассеяния нейтронов на протонах, которая зависит от спина. Напоминаю еще раз, что соотношение, назовем его "R", состоит из одной величины, легко измеряемой с дейтронами, и одной величины, тоже легко измеряемой, но только с нуклонами.

Экспериментаторы не ленились. Первый результат появился уже в 1951 году в Беркли при энергии 90 МэВ, второй на год позже в той же лаборатории при энергии 270 МэВ. Следующий опубликованный результат (1953) был получен на ускорителе Гарвардского университета при энергии 95 МэВ.

Первый дубненский результат получили Джелепов, Казаринов, Головин, Флягин и Сатаров в измерениях 1952-1954 годах на синхроциклотроне при энергии 380 МэВ. Случилось это до основания ОИЯИ. Подробная статья была опубликована в Известиях Академии наук в 1955 году и перепечатана в журнале "Nuovo Cimento" в Италии (1956). Второй результат получили Казаринов, Киселев и Симонов, тоже на синхроциклотроне, при энергии нейтронов 200 МэВ. Когда результат был получен, точно не известно, так как авторы сами его никогда не публиковали. На счастье, В.П.Джелепов этот результат включил в свой доклад на конференции в ЦЕРН (1962), где был и напечатан.

Многие мерили соотношение "R" при разных энергиях и даже разным образом. В измерениях участвовали и очень опытные физики и начинающие экспериментаторы. Я лично нашел в литературе 33 независимых точки, все до энергии 1 ГэВ. Может быть, их больше, но я не в состоянии найти другие. Как ни странно, половина из них была приведена в одной дипломной работе Фрайбургского университета, очень трудно доступной и никогда не публиковавшейся. Получить эту работу мне было довольно нелегко. Дипломник в течение одного года на ускорители в PSI (Швейцария) получил практически половину того, что померили все другие во всем мире.

В области ниже 1 ГэВ добавили две точки и физики Дубны в сотрудничестве с коллегами из стран-участниц ОИЯИ (в основном из Польши и Словакии). Оба результата были получены в ЛВЭ ОИЯИ на водородной пузырьковой камере.

Долгое время не было возможности сравнить результаты, полученные с использованием дейтронов, так называемые квазиупругие данные, с тем, что получается при чисто упругом рассеянии нейтронов на протонах. Только такое сравнение могло бы подтвердить теорию. Но нейтрон-протонных результатов для проверки теории не хватало. Напомню, что в 1968 году такое сравнение было возможным только ниже 630 МэВ, то есть до энергий на дубненском синхроциклотроне. И действительно, тогда ускоритель ЛЯП ОИЯИ определял верхнюю границу наших знаний по нейтрон-протонным взаимодействии со спином. Чуть позже данные из TRIUMF (Канада) и PSI (Швейцария) дубненские результаты уточнили. Результаты из Лос-Аламоса потом сдвинули предел энергии до 800 МэВ. Результаты из Аргоннской лаборатории, полученные до 1979 года, помогли продвинуться в сторону больших энергий. Но только измерения на "Сатурне-2" с бустером MIMAS после 1987 года сделали сравнение возможным до энергии 1,3 ГэВ. Как пойдет дальше, лучше не будем предсказывать.

Уже давно полученные данные показывали, что теория и эксперимент на малых энергиях не совпадают. Но все избегали высказать прямо такое утверждение. Первое сравнение квазиупругих измерений на дейтронах с упругим рассеянием на протонах в области 200-600 МэВ (PSI энергии) было сделано в одной неопубликованной диссертации соискателя из Фрайбургского университета только в 1991 году. По-видимому, диссертант был более отважным.

Как результаты с дейтронами поведут себя при энергиях больше 1 ГэВ, предсказать было невозможно. Этот вопрос окончательно решили именно четыре совсем новые экспериментальные точки, полученные группой В.Шарова в области энергий от 1 ГэВ до 2 ГэВ. Измерения показали, что полученные значения по квазиупругой величине "R" не совпадают с результатами "R" в упругом рассеянии нейтронов на протонах в области высоких энергий везде, сравнение этих двух величин возможно.

Других результатов выше 1 ГэВ нет, но очень вероятно, что верхняя граница 2 ГэВ будет скоро преодолена той же самой группой В.Шарова и Л.Струнова. В будущем ожидаются результаты другой группы ЛВЭ ОИЯИ (В.Глаголев), и, при меньших энергиях, результаты из лаборатории в Юлихе (Германия).

Желаю физикам группы Шарова, чтобы получили еще более точные результаты. Поздравляю всех, кто помог решить такую серьезную задачу. Да, физики ЛВЭ ОИЯИ закрыли одну дверцу в физике. Как это бывает, одновременно раскрыли другие двери, более надежные и поставили в своей области науки новые вопросы. Я уверен, что эти вопросы будут не менее важны, чем предыдущие, которые решались в течение половины века.

Франтишек Легар