Вера Черногорова - Загадки микромира

Окончен очередной сеанс работы на ускорителе. Физики возвращаются с ценнейшим грузом экспериментальных результатов, зашифрованных в магнитных пленках. Наступает новый этап работы, когда ученым нужен не ускоритель, а другая ЭВМ для обработки «полуфабриката» информации.

В главном вычислительном центре Дубны стоит мощная и быстрая вычислительная машина. По специальной математической программе «реконструкции» она восстанавливает из отрезков траекторий всю картину распада короткоживущих нейтральных ка-ноль-мезонов. Машина сама находит точку распада, угол между пи-мезонами, энергию этих частиц по отклонению в магнитном поле.

И когда все события, связанные с каонами, возникающими в жидководородной мишени, будут восстановлены и их характеристики в удобном виде записаны на новые магнитные пленки, пленки пойдут на дальнейшую обработку.

Несмотря на то, что логические схемы добросовестно выполняли свои обязанности, некоторые из зафиксированных событий, только внешне похожих на ту ядерную реакцию, для поисков которой и создана эта сложная экспериментальная установка, могут оказаться случайными. Поэтому последнее слово опять предоставляется физикам.

Пленки с результатами, полученными интернациональной группой физиков под руководством И. Савина, были продублированы и окончательно обработаны в Дубне, Праге и Будапеште.

Несколько лет напряженной работы большого коллектива ученых потребовалось для проверки теоремы Померанчука на протонах, нейтронах и ядрах изотопа водорода — дейтерия. Важнейшая теорема современной физики подтвердилась: чем больше энергия частиц, тем меньше разница в поведении между этими частицами и их античастицами.

«Говорят, что идеи дорого стоят. Это верно. И все же в нашей практике чаще всего „драма идей“ разыгрывается не в высокой сфере духа, а в плоскости их реализации», — считают экспериментаторы.

Если для эксперимента с каонами потребовалась уникальная по своим размерам и качеству мишень, вмещающая довольно большое количество водорода, то для опытов по рассеянию протонов на протонах, выполненных в Серпухове под руководством В. Никитина, понадобилась сверхтонкая мишень с плотностью в миллионную долю грамма на один кубический сантиметр.

Любая оболочка, в которую заключили бы такую мишень из газообразного водорода, безнадежно испортила бы все результаты. А изюминка эксперимента как раз и заключалась в том, чтобы посмотреть, как ведут себя быстрые протоны при столкновении с мишенью из чистого водорода. И в лаборатории высоких энергий ОИЯИ впервые в мире была создана уникальная струйная водородная мишень, работающая внутри камеры ускорителя.

Сейчас даже самим создателям этого оригинального устройства трудно сказать, кого было больше вначале — сторонников или противников этой идеи. В ее реализации сомневались даже крупные ученые, и не без оснований.

Протоны в Серпуховском ускорителе набирали энергию в 70 миллиардов электрон-вольт. Они двигались по замкнутому кольцу вакуумной камеры, тщательно откачанной до давления в 10 –7миллиметра ртутного столба. И стоило вакууму хоть немного испортиться, как количество ускоряемых протонов резко уменьшалось: сталкиваясь с частицами воздуха, они попадали на стенки камеры и выбывали из процесса ускорения. Их движение напоминало беспорядочные движения шайбы под ударами клюшки начинающего хоккеиста.

И при таких жестких условиях по вакууму нужно было регулярно впрыскивать в камеру такое количество водорода, что его хватило бы на увеличение давления во всем объеме ускорителя. А резкое нарушение вакуума в камере ускорителя во время эксперимента привело бы к электрическим пробоям в высокочастотных устройствах, и уникальный ускоритель на длительное время был бы выведен из строя.

Задача, которую поставили перед собой конструкторы, напоминала ту, что возникла перед героем восточной сказки, когда он неосторожно распечатал бутылку с заключенным в ней джинном. Но чтобы не попасть в ситуацию, аналогичную сказочной, они решили впустить джинна — струю газообразного водорода — в вакуумную камеру, заготовив с противоположной стороны другую «бутылку» — вакуум-насос.

Раз за разом ставили сотрудники криогенного отдела лаборатории высоких энергий ОИЯИ опыты на моделях, прежде чем высокий вакуум и плотный поток газа перестали противоречить друг другу и начала вырисовываться конструкция будущего устройства.

Струя газообразного водорода, выпущенная из специального устройства со сверхзвуковой скоростью, пересекала пучок быстрых протонов внутри камеры ускорителя — и в этот момент она играла роль мишени. А затем попадала в «горлышко» гелиевого конденсационного насоса, действительно похожего на широкую бутылку. В доли секунды он укрощал впущенного в камеру джинна, превращая готовый распространиться во все стороны газ в неподвижный и совершенно неопасный водородный иней.

И вот в марте 1968 года наступил день, когда работники транспортного отдела ОИЯИ начали перевозку готовой установки в Серпухов. Одной из первых она появилась в огромном, еще пустом зале ускорителя. Началась напряженная многомесячная работа по подготовке аппаратуры к работе на новой машине. И наконец наступили дни круглосуточных измерений, непрерывных экспериментов.

Пока физики занимались обработкой полученных результатов, инженеры-конструкторы продолжали улучшать методику струйных мишеней. Надо было добиться меньшей ширины струи для того, чтобы ликвидировать ошибки в определении углов вылета вторичных частиц при взаимодействии ускоренных протонов с мишенью. Кроме того, струйная мишень оказалась для некоторых экспериментов все-таки недостаточно плотной, из-за чего увеличивалось время работы на ускорителе.

Выход был найден. Струю уплотнили, перейдя от сверхзвуковой струи газа к потоку более медленно движущихся капелек жидкого водорода и твердых его частичек. Ширина новой мишени из сконденсированного водорода стала в 4 раза меньше, плотность увеличилась в десять раз, а количество впускаемого в ускоритель газа сократилось в 2–3 раза.

Группа В. Никитина с несколькими сотрудниками криогенного отдела, принимавшими участие в создании струйной мишени, весной 1972 года выехала в Америку. Они провели эксперименты с новым уникальным устройством на только что запущенном в Батавии самом мощном ускорителе в мире при энергии 400 Гэв.

Результаты первых измерений, полученные на этой установке, уже докладывались летом 1972 года на конференции по физике высоких энергий в Батавии.