Горизонты научного поиска

22-25 мая в Дубне состоялся международный симпозиум "Основные направления исследований в физике тяжелых ионов" (Trends in Heavy Ion Physics Research), посвященный 75-летию научного руководителя Лаборатории ядерных реакций, академика Юрия Цолаковича Оганесяна. В симпозиуме приняли участие ведущие ученые из 14 стран, которые представили широкий и детальный обзор программ научных исследований, принятых в основных ядерных центрах мира. Содержание докладов и дискуссий в полной мере отразило основную тему симпозиума, заявленную в его названии.

В настоящее время нам известно около 2000 изотопов, из них только менее 300 являются стабильными по отношению к любым видам радиоактивного распада. Вместе с тем ожидается, что это лишь весьма небольшая часть ядерных систем, для которых характерна стабильность относительно испускания нуклонов. Неизвестные изотопы, число которых предположительно достигает 5-7 тысяч, в основном должны обладать большим нейтронным избытком. В связи с этим понятно, почему одной из наиболее обсуждаемых тем стала тема продвижения к границам нуклонной стабильности.

В области, удаленной от линии стабильности, ядерная материя находится в экстремальном состоянии и обнаруживает новые, абсолютно нетипичные для стабильных ядер свойства, среди которых можно упомянуть явление ядерного гало, инверсию оболочек в легких нейтроноизбыточных ядрах, двухпротонную радиоактивность таких ядер, как 19Mg, 45Fe, 48Ni. Получение ядер с высоким избытком нейтронов, которые генерируются в r-процессе нуклеосинтеза, представляет интерес с точки зрения астрофизики. В связи с этим важное значение имеет обнаружение в экспериментах, проведенных в MSU (США), чрезвычайно нейтроноизбыточных изотопов, таких как 40Mg, 42,43Al, 44Si, которые предположительно и определяют границу нейтронной стабильности в соответствующей области Z. Где-то здесь проходит граница территории, которую можно считать если не освоенной, то, во всяком случае, более или менее доступной для экспериментальных исследований, а область нейтроноизбыточных ядер с Z>14, в основном, на сегодняшний день можно охарактеризовать как terra incognita.

Профессор В.Грайнер: первые слова - о юбиляре.
Особый, весьма актуальный круг задач имеет место в области северо-восточной части карты изотопов. Эти задачи связаны с экспериментальными попытками достичь вершины острова стабильности, а также с изучением химических свойств сверхтяжелых элементов. Подробный обзор состояния дел в этой области физики сделал профессор В.Грайнер (Германия). Очередной "горячей" задачей здесь является синтез 120-го элемента, пространственная структура которого, как ожидают теоретики, может оказаться подобной форме фуллерена С60.

Профессор Г.Геггелер (Швейцария) в своем докладе подробно рассказал о результатах трех экспериментов, выполненных в Дубне и посвященных изучению химических свойств элементов 112 и 114, которые получались в реакциях 48Са + 242Pu и 48Са + 244Pu. В измерениях были получены значения энтальпии адсорбции этих элементов и установлено, что 112-й элемент, как и ожидалось, является гомологом ртути. Абсолютно неожиданный результат был получен для элемента 114, эка-свинца, который, вопреки ожиданиям химиков, оказался летучим и более близким по своим свойствам не к свинцу, а к благородным газам.

В области легчайших ядер, где границы нуклонной стабильности определены достаточно давно, активно проводятся исследования ядерных состояний за границей нуклонной стабильности. В сообщениях Б.Йонсона, С.Галеса и Т.Мотобаяши было рассказано о результатах целой серии экспериментов, нацеленных на поиск и изучение резонансной структуры нейтронно-нестабильных систем 5,7Н, 9,10Не и 10-13Li. Эффективное исследование этих систем стало возможным относительно недавно благодаря появлению достаточно интенсивных пучков 8Не, 11Li и 14Ве. Однако выделение и идентификация широких состояний представляет собой непростую задачу, которая часто осложняется интерференцией и поэтому требует сложных корреляционных измерений. В связи с этим первые выводы, которые иногда опираются на данные с чрезвычайно малой статистикой, на сегодняшний день вряд ли можно считать окончательными.

Смещение основной области экспериментальных исследований в сторону увеличения нейтронного избытка в ядрах, на восток карты изотопов, - это Drang nach Osten современной ядерной физики, который связан с качественными изменениями методической базы исследований и неизбежно требует внушительного финансирования. Основное содержание этих изменений за последнее десятилетие стало совершенно очевидным - оно подразумевает более широкое и эффективное использование в ближайшем будущем пучков экзотических радиоактивных ядер, стабильных ядер с большим нейтронным избытком, таких как 48Са, 36S и другие, а также редких радиоактивных мишеней. Сочетание экзотических пучков и мишеней находит применение для самого широкого круга задач.

В наиболее крупных ядерных центрах, таких как RIKEN (Япония), GANIL (Франция), GSI (Германия), NSCL (MSU, США), сфера интересов которых пересекается или практически совпадает с традиционными для ОИЯИ направлениями, были построены и активно развиваются установки, предназначенные для генерации радиоактивных пучков с интенсивностью, сравнимой с интенсивностью пучков стабильных ядер, - до ста миллиардов частиц в секунду. Эта деятельность была отражена, в частности, в докладах С.Галеса (GANIL), Т.Мотобаяши (RIKEN), Х.Штокера (GSI) и К.Гельбке (MSU). Во всех упомянутых организациях в настоящее время существуют или сооружаются гигантские комплексы установок, как правило, включающие накопительные кольца и несколько ускорителей, и предназначенные для получения вторичных радиоактивных пучков в широком диапазоне масс и энергий.

В GANIL на 2012 год планируются первые эксперименты в рамках проекта SPIRAL2, включающего в себя линейный ускоритель дейтронов, конвертер d-n и урановую мишень, которая должна обеспечивать около 1014 делений в секунду. Продукты деления урана будут ускоряться с помощью существующих в GANIL циклотронов CIME, CSS1,2.

В GSI в стадии строительства находится крупнейший международный проект FAIR, участниками которого являются Россия и ОИЯИ. О масштабности этого проекта свидетельствует уже то, что он включает в себя восемь накопительных колец и два линейных ускорителя. Столь мощная экспериментальная база и широчайший энергетический диапазон ускоряемых частиц позволит охватить весьма обширный круг задач: от радиобилогии и ядерной астрофизики до исследований в области кварк-глюонной плазмы. В частности, программа NUSTAR включает в себя исследования ядерной структуры и механизмов ядерных реакций, а также астрофизическую тематику. Для получения вторичных пучков предполагается использовать фрагментацию тяжелых ядер, например, урана с энергией 1 ГэВ/нуклон, в результате чего может быть получено до 1000 разновидностей вторичных ядер, а верхняя граница интенсивности вторичных пучков составит 1012 частиц в секунду. Техническая составляющая программы базируется на использовании сверхпроводящего фрагмент-сепаратора SFRS и накопительного кольца NESR. В проекте предусмотрена возможность для изучения структуры редких ядер в реакциях электрон-ионных столкновений. Очень похожий исследовательский комплекс развивается и в Японии.

Сергей СИДОРЧУК

Как это часто бывает на таких форумах, их плотная научная программа, сродни аналогичному состоянию атомных ядер (сверхплотных), вызывает желание не только сверить шаги на пути к будущему (именно в этом была цель высокого научного собрания), но и вспомнить о прошлом. Или заняться подсчетом не только сверхмалых количеств экзотических изотопов, но и немалых финансовых затрат, необходимых для их получения. Об этом рассказали мои собеседники в кулуарах симпозиума.

Уже в первом обзорном докладе профессора Вальтера Грайнера, почетного доктора ряда крупнейших университетов и научных центров Европы, которого по праву называют патриархом ядерной физики, была отмечена тенденция к сближению физики низких энергий, при которых осуществляется синтез и исследование сверхтяжелых элементов, изучаются ядерные реакции, и физики высоких энергий (столкновения тяжелых ионов на современных коллайдерах).

В коротком интервью после доклада на эту особенность обратил внимание профессор Г.В.Зиновьев, член Ученого совета ОИЯИ, начальник отдела Института теоретической физики НАН Украины, специалист по кварк-глюонной плазме. Но первые его слова были - о коллеге:

- Юрий Цолакович Оганесян - один из выдающихся физиков не только дубненских, но и российских, и я абсолютно уверен, что слава Дубны, которой полнится мир, во многом обязана и ему в том числе. Я уверен: то, что он сделал в науке, останется надолго, если не навсегда. Открытие симпозиума прошло достойно, здесь собралось очень много известных физиков, представляющих ведущие центры мира. Поэтому я хочу поздравить организаторов и сказать, что счастлив участвовать в этом очень серьезном симпозиуме.

В докладе профессора Грайнера прозвучало, что физики в каком-то смысле проложили дорогу к кварк-глюонной плазме, о которой я люблю говорить и меня часто спрашивают об этом состоянии материи. Я думаю, что тот процесс сближения физики низких и высоких энергий в области изучения ядер, о котором вы упомянули, имеет место. В докладе Грайнера, и чуть позже об этом будет говорить профессор Хорст Штокер (проект FAIR), это продемонстрировано... Есть многие примеры, когда можно создавать высокие плотности при достаточно низких энергиях и там действительно очень много пограничных эффектов. И то, о чем рассказывал профессор Грайнер, когда-то, лет двадцать назад, когда я делал заключительный доклад примерно на ту же тему на конференции в Дубне, казалось достаточно шокирующим. То, что некоторые эффекты пока нельзя увидеть, не означает, что их нет, и мало кто сомневается в том, что они существуют. Ваш вопрос, я считаю, весьма своевременный, и он как бы имеет надежный ответ.

Профессор Б.В.Амелин, ведущий научный сотрудник РНЦ "Курчатовский институт", в интервью с корреспондентом счел важным остановиться не столько на научных составляющих современной ядерной физики, сколько на экономической стороне дела, которая во многом определяет сегодня успехи этой науки:

- Я могу сказать, что такого количества директоров ведущих научных центров... мало где увидишь. И в этом плане симпозиум в Дубне оказался уникальным. Надо сказать, что наука устроена следующим образом. В каждой стране, где есть деньги на науку, они вкладываются в то, чтобы сделать национальный центр как можно более современным, и "остальная" ядерная физика переводится в университеты. Старые циклотроны используются в качестве приборов для тренировки студентов. В мире существуют сегодня как минимум три мощных ядерно-физических центра. В Японии - РИКЕН, фабрика, созданная для производства новых элементов. Они вложили полтора миллиарда долларов. В Германии вложили 800 миллионов евро в новые эксперименты в ГСИ - и в области ядерной физики, и в области атомной физики, и в области физики частиц. В Америке "распылили" порядка миллиарда долларов по ряду научных центров. Тем не менее сумма поражает.

В Дубне сейчас намечается реконструкция циклотронного комплекса тяжелых ионов - нужно всего лишь порядка 6-8 миллионов евро. Это тот комплекс ЛЯР, на котором в последнее время ведется поиск сверхтяжелых элементов и легких элементов, далеких от линии стабильности. И это эксперименты мирового класса, в которые в те времена было вложено около 1,5 миллиона долларов. Такое просто невозможно себе представить. Возвращаюсь к сказанному, еще раз подчеркну: чтобы держаться в лидерах, Дубне надо всего 6-8 миллионов евро, намного меньше, чем в конкурирующих лабораториях. При этом класс экспериментов будет значительно повышен. И что меня окончательно поразило - это отношение к Дубне, дубненцам и персонально к Ю.Ц.Оганесяну, - что здесь представлены абсолютно все мировые центры (на уровне директоров, руководителей крупнейших проектов). Науку в Дубне они уважают. Они понимают, что средств у нас мало. Но у нас есть люди, которые обладают высокой квалификацией, есть экспериментаторы, способные решать такие задачи, которые не могут решить на Западе.

Так получилось, что встречи на дубненском симпозиуме стали как бы продолжением давних и недавних моих поездок и своего рода новым знакомством с людьми, которых я знал еще по Дубне семидесятых. Два раза, в 92-м и 2001 годах довелось мне побывать в варшавской Лаборатории тяжелых ионов и увидеть самый большой в Польше циклотрон с экзотическим названием OSIRIS. Там встретил и доктора Юзефа Суру, специалиста по физике и технике ускорителей, который много лет провел в ЛЯР и играл заметную роль в жизни польского землячества в Дубне. И - новая встреча, на симпозиуме...

- Здесь на этом симпозиуме я вспоминаю историю начала 70-х. И не только восхищаюсь тем, каких вершин науки достигли Юрий Цолакович и его команда, но и переполнен благодарностью ему и Георгию Николаевичу за то, что у нас в Варшаве есть циклотрон. Если бы не их инициатива, у нас бы его никогда не было. Они сумели убедить наше правительство это сделать. Конечно, за прошедшие годы мы значительно модернизировали ускоритель, все системы, кстати, с большой помощью коллег из ЛЯР Георгия Гульбекяна и Бориса Гикала. Тем не менее, эта машина все время развивается и все время на ходу. То есть это базовая установка наших физиков. А началось все здесь, в 72-м году. У меня хранится письмо, подписанное Георгием Николаевичем и мною, с которого началась вся эта история. И Славомира Хойнацкого в связи с этим надо обязательно упомянуть. Он был тогда заместителем директора ЛЯР. А сейчас в нашу лабораторию и французы приезжают, и немцы, и украинцы, и поляки из разных университетов. Машина прекрасно работает и очень интенсивно эксплуатируется. Но молодежь к нам на наши зарплаты не приходит, нас мало осталось...

А вообще, знаешь, я люблю просто Дубну. Я же в Дубне с 74-го года. Главное, что с самого начала я понял: Дубна - это источник знаний. Все эти ребята накопили огромный опыт строительства ускорителей, спектрометров, и все это прекрасно сумели передать коллегам из стран-участниц. Это непросто, ведь мало того, что ты знаешь, как сделать, но чтобы научить другого то же самое делать у себя, - это уже высший класс. Борис, (обращается к стоящему рядом Б.Н.Гикалу) мы же вместе сидели, нас было семь человек в одной комнате! И работали столько, сколько надо, на часы не смотрели. Ночь - день, все равно. Но в общем... дошли до того, что циклотроны ляровские работают, и здесь прекрасно знают, как строить следующие. Наш циклотрон тоже хорошо работает...

Профессор Й.Стаменов уже много лет руководит одним из ведущих ядерно-физических центров Болгарии - Институтом ядерных исследований и ядерной энергетики, сотрудники которого принимали и принимают активное участие в исследованиях, ведущихся в Лаборатории ядерных реакций. По его признанию, основную роль в его жизни сыграл Физический институт Академии наук имени Лебедева, где он проработал 16 лет начиная с аспирантуры и кончая докторской диссертацией. "В Дубну приехал уже директором института, - рассказывал мне профессор Стаменов в 2003 году на совещании в Варне, посвященном развитию наук о жизни, - и очень рад, что в эти нелегкие времена, когда сотрудничество с Россией ставилось под вопрос, наш институт сумел отстоять необходимость его дальнейшего развития. Дубна остается великолепной школой для молодых людей. Нигде они не могут получить такое последовательное и глубокое физическое образование". А теперь - о симпозиуме.

- Что-то неожиданное для себя вы здесь услышали?

- С точки зрения тематики, результатов и уровня докладов для меня не было никаких неожиданностей. Это все было ожидаемо, но участникам только оставалось удивляться, насколько изобретателен человек, когда хочет добиться результата, несмотря на то что финансирование запаздывает, иногда поступает не в таком размере... Здесь во всех докладах было так много идей, так много новых постановок. Они были ожидаемы, но с другой стороны, человеческий ум все время ищет и добивается чего-то нового, несмотря на то, что в этой области не так много денег выделяется, как скажем в области очень высоких энергий. Хотя, я бы сказал, здесь с точки зрения физики есть еще много-много нового и интересного.

Академик Ю.Ц.Оганесян и профессор Х.Штокер (GSI). Академик А.Н.Сисакян и профессора Х.Штокер и А.С.Сорин - о проекте NICA.
Профессор А.Собичевски (Варшава) - в дискуссии. В кулуарах симпозиума.

Евгений МОЛЧАНОВ, фото Юрия ТУМАНОВА.