Проекты XXI века

Спин (или собственный момент) частиц - одна из самых загадочных квантовых характеристик. Он пришел в физику вместе с квантовой механикой в первой четверти прошлого века. Именно спину и определяемым спином статистическим законам мы обязаны многообразием химических элементов в нашем мире. И хотя спин в физике живет более восьмидесяти лет, загадок, с ним связанных, не уменьшается. У частиц, имеющих массу, со спином связан магнитный момент, наличие которого позволяет получать поляризованные пучки и изготавливать поляризованные мишени - основные элементы для проведения поляризационных исследований.

В исследовании спиновых характеристик лептонов (электронов и мюонов), легчайших "кирпичиков" нашего мира, достигнуто поражающее по точности совпадение теоретических расчетов и экспериментально измеренных величин (десять порядков величины). Совершенно другая ситуация в нашем понимании спиновых характеристик тяжелых элементарных частиц - адронов (протонов, нейтронов, пионов и т.д.), которые сами состоят из кварков и глюонов. Начиная с 70-х годов прошлого века, спиновые характеристики упорно не поддаются теоретическим предсказаниям. Резкое расхождение теоретических предсказаний и экспериментальных данных физики называют кризисом. В спиновой физике адронов кризисы следуют один за другим и подвергают тяжелым испытаниям кварк-партонную модель адронов, базирующуюся на квантовой хромодинамике.

Начатые в середине 80-х годов в ЛВЭ ОИЯИ исследования с поляризованными пучками дейтронов показали, что мы плохо понимаем спиновую структуру даже легчайшего ядра, состоящего из протона и нейтрона в области, где в спиновую структуру ядра дают вклад кварк-глюонные степени свободы. Теперь мы можем говорить и о ядерном спиновом кризисе, начало которому положили исследования, проведенные в ОИЯИ.

В настоящее время огромный интерес к свойствам поляризованной ядерной материи связан с обнаружением у массивных звезд огромных магнитных полей. В недрах звезд ядерная материя находится при низких температурах и больших плотностях в так называемой холодной кварк-глюонной фазе. Наличие огромных магнитных полей может приводить к тому, что ядерная материя в центре звезд поляризована, и именно свойства поляризованной ядерной материи определяют основные закономерности эволюции звезд и характеристики их взрывов.

С 3 по 7 сентября в ЛТФ ОИЯИ проходило международное совещание по спиновой физике DSPIN-07. В рамках этого совещания был организован "круглый стол", на котором были представлены результаты экспериментов с поляризованными пучками, проведенных на базе ускорительного комплекса ЛВЭ ОИЯИ, и обсуждены планы исследований на модернизируемом ускорителе нуклотрон-М, которые могут служить основой для разработки поляризационной программы коллайдера НИКА. К сожалению, до настоящего времени в рамках работ по проекту НИКА не уделяется необходимое внимание программе исследований с пучками поляризованных легких ядер. Наличие таких пучков на ускорительном комплексе НИКА позволит новому ускорительному комплексу ЛВЭ стать уникальным центром, на котором будут проводиться исследования, привлекательные для мирового физического сообщества, так как ни один существующий и ни один из планируемых ускорителей не будет иметь таких возможностей в диапазоне энергий встречных пучков порядка 10 ГэВ. Это позволит проводить на ускорителе эксперименты, которые ранее были невозможны, и даст реальный шанс решить на установках ОИЯИ загадки одной из важнейших квантовых характеристик - спина.

Обсуждения с ведущими специалистами в этой области, присутствовавшими на DSPIN-07, показали, что реализация спиновой программы на нуклотроне-М, а в дальнейшем на НИКА, позволит создать на базе ускорительного комплекса ЛВЭ ОИЯИ центр по поляризационным исследованиям. Набор пучков и диапазон доступных энергий обеспечат конкурентные и уникальные возможности для экспериментов в области спиновой физики. Такой центр, несомненно, привлечет физиков всего мира, занимающихся поляризационными исследованиями, так как будет взаимодополняющим по отношению к поляризационным исследованиям, которые планируются проводить в JLAB (США), GSI (FAIR, Германия) и KEK (JPARC, Япония) с другими пучками и в другой кинематике.

Первоочередной задачей для проведения поляризационных исследований на ускорительном комплексе ЛВЭ является создание стабильных условий работы с поляризованными пучками на нуклотроне-М с использованием действующих экспериментальных установок, что даст возможность привлечь к работам на ускорительном комплексе ЛВЭ коллег из разных стран уже на стадии подготовки к исследованиям на коллайдере НИКА. Без срочной финансовой поддержки работ по созданию нового источника поляризованных частиц на базе полученных из США компонентов источника CIPIOS и модернизации поляризованной мишени (проект ППМ) эту задачу не решить.

Хочется надеяться, что усилия, предпринимаемые дирекцией ЛВЭ и Института по поддержке поляризационных исследований, позволят создать на базе ускорительного комплекса ЛВЭ центр по поляризационным исследованиям, который решит многие спиновые загадки адронной и ядерной материи.

Степан ШИМАНСКИЙ, старший научный сотрудник ЛВЭ