Синхрофазотрон – начало пути

Объединённый институт ядерных исследований и Фонд Андрея Первозванного восемнадцатый раз собирают нас в этой аудитории. Это уже традиция. Значит есть круг актуальных проблем, которые составляют важную часть культуры и в равной степени интересуют учёных-физиков, философов и богословов. Знание о природе нам даёт физика. Она занимает в системе наук центральное положение, потому что изучает наиболее фундаментальные сущности бытия, праматерию и её законы, поэтому с ней пересекаются другие науки. Объекты исследования физики относятся к различным уровням организации материи. Они входят в состав любых сложных систем, являющихся объектами изучения других наук. Вследствие этого любая естественная наука на достаточно высоком уровне её развития приходит в теоретическое и практическое пересечение с физикой. Многие науки обогащаются методами и техникой, развитой в физике.

Для нашего времени характерно устремление человека в его научных исканиях, направленных «вовне», к отдалённым уголкам вселенной, и вглубь материи, к мельчайшим частицам вещества. Физика более других наук причастна к созданию общих представлений о мире в целом. Её картина мира становится важной частью научного мировоззрения. Достижения физики входят в практику и, как показывает история, в конечном счёте определяют лицо цивилизации. Физика элементарных частиц как наиболее фундаментальное направление познания природы составляет основную часть исследовательской программы ОИЯИ.

В 1957 году Советский Союз осуществил научный прорыв сразу в двух направлениях: в марте в Дубне начал работать легендарный синхрофазотрон – гигантская установка для исследования микромира, в октябре был запущен первый искусственный спутник Земли. Эти два события произвели значительный сдвиг в общественном сознании. Они подняли авторитет науки. Слова «спутник» и «синхрофазотрон» прочно вошли в нашу жизнь.

О необходимости создания в Советском Союзе ускорительной базы было заявлено на правительственном уровне в марте 1938 года. Группа исследователей Ленинградского физико-технического института во главе с академиком А. Ф. Иоффе обратилась к председателю СНК СССР В. М. Молотову с письмом, в котором предлагалось создать техническую базу для исследований в области строения атомного ядра. Вопросы строения атомного ядра в то время становились одной из центральных проблем естествознания.

В 30-е годы прошлого века были созданы циклотроны, ускоряющие частицы до максимальной энергии несколько десятков МэВ. Получить более высокую энергию не удаётся из-за «релятивистского барьера» – нарушается синфазность вращения частицы и ускоряющего электрического поля. Но уже тогда было ясно, что развитие ядерной физики требует ускорителей на более высокую энергию. В 1940 г. в АН СССР создаётся «циклотронная бригада», в которую вошла «зелёная молодёжь»: В. И. Векслер, С. Н. Вернов, Л. В. Грошев, П. А. Черенков и Е. Л. Фейнберг. Поставлена цель: изучить вопрос о сооружении циклотрона с диаметром полюсов несколько метров. Были рассмотрены десятки вариантов машины, которые лишь показывали невероятную сложность задачи. Однако всё круто изменилось в феврале 1944 г., когда В. И. Векслер буквально разрубил гордиев узел: он обнаружил, что можно преодолеть релятивистский барьер. Необходимо повышать частоту ускоряющего поля с ростом энергии частиц. При этом в определённом интервале фаз автоматически сохраняется синфазность движения частицы и поля. Это явление получило название автофазировки. Принцип автофазировки показал, что изменением частоты поля можно легко скомпенсировать изменение массы частиц в процессе ускорения. Было снято ограничение энергии ускоренных частиц и открылась возможность создания циклических ускорителей нового класса.

В сложные послевоенные годы руководство Советского Союза приняло смелое решение о создании в Дубне ускорителя частиц на самую высокую в то время энергию – синхрофазотрона (СФ).

Проект готовился в Физическом институте АН СССР им. П. Н. Лебедева. Он был утверждён директором ФИАН Д. В. Скобельцыным в январе 1951 г. Руководителями проекта были назначены член-корр. АН СССР В. И. Векслер, действ, член АН УССР А. П. Комар, др. ф.-м. н. М. А. Марков, др. ф.-м. н. В. А. Петухов, канд. ф.-м. н. М. С. Рабинович, канд. ф.-м. н. А. А. Коломенский, глав. инж. К. И. Блинов. Физическую программу исследований подготовили в 1952 г. М. А. Марков, И. В. Чувило, В. И. Гольданский, А. А. Коломенский, А. Н. Горбунов и А. Е. Чудаков. В этой программе были сформулированы задачи исследования поведения ядерной материи при высокой энергии. Поставлена задача поиска новых частиц, в частности антипротонов, указана возможность образования ядерной материи, состоящей из пионов.

В марте 1957 г. на СФ был получен пучок протонов с рекордной энергией 10 ГэВ. Лаборатория высоких энергий (ЛВЭ), возглавляемая В. И. Векслером, вошла в состав ОИЯИ и послужила основой для широкого международного сотрудничества учёных. Пуск СФ вызвал широкий резонанс в мире и был признан выдающимся достижением науки. Пресса писала об этой машине как о «восьмом чуде света». Нильс Бор, посетивший ОИЯИ в 1961 г., произнёс ёмкую и точную фразу: «Чтобы задумать и создать такой гигантский и современный инструмент, нужны были огромная прозорливость, смелость и, я бы сказал, мужество». Синхрофазотрон представляет собой один из видов ускорителей заряженных частиц. Частицы в ускорителе разгоняют до высокой энергии. По результату их соударений с другими атомными частицами судят о строении и свойствах материи.

На СФ был сделан ряд фундаментальных открытий в физике высоких энергий. Исследования на СФ имеют успешное продолжение на ускорителе У-70 в Институте физики высоких энергий и на других ускорителях в СССР и за рубежом. Развитие техники эксперимента привело к прогрессу в смежных областях науки и прикладных исследованиях. Назовём здесь лишь некоторые методические и технические работы, существенно обогатившие возможности эксперимента. Были созданы:

– система получения антипротонов методом высокочастотной сепарации;

– газовые черенковские счётчики;

– пузырьковые камеры;

– система управления пучком частиц с помощью изогнутого кристалла;

– система формирования пучка нейтронов;

– черенковский гама-спектрометра для наблюдения распада векторных мезонов на (e⁺ e^-) – пары;

– сверхзвуковая струйная газовая мишень;

– «Нукпотрон» – первый в мире синхротрон на быстроцикпирую-щих сверхпроводящих магнитах.