Предисловие

Любая история, основанная на воспоминаниях одного человека, субъективна. Решив взяться за это дело, я должен был сначала решить для себя, на чем остановиться. Мне показалось разумным ограничится работами, которые уже завершились, и, не вдаваясь в научные детали, напомнить, прежде всего, о людях и том новом, что им удалось сделать, решая поставленную задачу. Надеюсь, что рано или поздно найдется тот, кто продолжит эту летопись.

Синхротрон

Истоки

1953-1964

Истоки нашего отдела можно обнаружить в 1953 году, когда по инициативе И. В. Курчатова в Дубну из лаборатории №2 ЛИПАН (Лаборатории измерительных приборов АН СССР, а ныне Курчатовского института) был переведен сектор М. И. Козодаева с молодым (24 года) сотрудником Юрием Дмитриевичем Прокошкиным, выпускником физико-технического факультета МГУ.

В его научной карьере интересно отметить абсолютно уникальный случай. При защите в 1961 году кандидатской диссертации на тему «Исследование реакции образования нейтрального пиона в протон-протонных столкновениях pp → ppπ0» по предложению официальных оппонентов А. М. Балдина и И. Я. Померанчука, к которым присоединился и Б. М. Понтекорво, ему была присуждена степень доктора (!) физико-математических наук.

Прокошкин Ю. Д.

Наиболее значимым результатом группы Ю. Д. Прокошкина в составе: А. Ф. Дунайцев, В. И. Петрухин, Ю. Д. Прокошкин и В. И. Рыкалин — стал эксперимент 1962 г. по прямой проверке одного из фундаментальных положений теории универсального слабого взаимодействия — сохранения векторного тока путем обнаружения и измерения вероятности β-распада заряженного пиона π+→π0 +e++ν.

Пятилучевой осциллограф

Эксперименты на ускорителе У-70 в ИФВЭ г. Протвино

1968-1985

В 1963 году было принято решение о строительстве недалеко от Серпухова (Протвино) ускорителя протонов У-70. Максимальная энергия пучка протонов достигала энергии 70 ГэВ. Ускоритель был запущен через 4 (необыкновенно быстро!) года в 1967 году и в течение 5 лет был крупнейшем в мире.

Основную часть ученых нового института — Института Физики Высоких Энергий (ИФВЭ) — составили выходцы из ОИЯИ. Проведение экспериментов на новом ускорителе стало одной из основных задач и в ОИЯИ. Наша группа подготовила проект эксперимента по поиску антитрития, и более тяжелых новых частиц, и антиядер. Это был совместный проект с группой переехавшего в Протвино Владимира Ивановича Рыкалина.

Серый фон
Ученые у пульта В. И. Рыкалин и В. И. Петрухин у многоканального газового черенковского детектора

Проект был утверждён на ученом совете ИФВЭ в 1970 году. В научных программах всех вводимых новых ускорителях всегда присутствовали аналогичные поисковые эксперименты. К моменту запуска У-70 было открыто много антипартнеров известных элементарных частиц, но только одно антиядро — антидейтрон, представляющий собой систему из связанных антипротона и антинейтрона. Тем самым подтверждалось естественное ожидание, что и в мире античастиц возникают антиядра — аналоги ядер, присутствующих в нашем мире. Энергии У-70 было достаточно для образования более тяжелых антиядер — прежде всего антитрития и антигелия. Открытие этих антиядер подтверждало бы симметрию по отношению к нашему миру антимира и, в частности, существование в природе связанных состояний, включающих два антинейтрона — антитритий и два антипротона — антигелий.

В. И. Рыкалин и В. И. Петрухин у многоканального газового черенковского детектора

Установка РИСК

1970-1990

Создание и проведение экспериментов на 5-ти метровом магнитном спектрометре на основе стримерной камеры

Участники группы РИСК Г. А. Шелков и Т. Ломтадзе Б. А. Долгошеин

В начале 60-х гг. годов две советские группы: в Институте физики АН Грузии в Тбилиси под руководством Георгия Чиковани и в МИФИ под руководством Бориса Анатольевича Долгошеина, — одновременно показали возможность развития детектора 2D (искровой камеры) — в координатный детектор 3D (стримерную камеру). За эту работу авторы в 1970 г. получили Ленинскую премию.

Идею понять не так трудно. Искра под действием электрического поля в межэлектродном объеме искровой камеры начинает формироваться из центра ионизации, созданного пролетающей частицей. Если быстро (за время сравнимое со временем развития искры) убрать высокое напряжение, то вместо искры от электрода до электрода, как в искровой камере, вокруг центра ионизации образуется светящийся стример (начальная фаза развития искры), длина которого определяется длительностью высоковольтного импульса. Возникшую в стримерной камере цепочку светящихся точек вдоль трека заряженной частицы фиксируют, например, на фотопленке.

Серый фон
В теории задача кажется вполне понятной. На практике создать стримерный режим в газовом детекторе — технически очень сложная задача. Сложная, прежде всего, из-за требований к высоковольтной системе.

В 1984 году РИСК был разобран и на его место вернулся методически устаревший (разработки ~1960 года) спектрометр МИС, регистрирующий на фотопленку треки в 50 искровых оптических камерах.

Немалую роль в этом сыграла, по-видимому, гражданская позиция руководителя проекта В. И. Петрухина. Его «преступление» состояло в том, что он находил, хранил и давал читать друзьям «запрещенную» литературу и открыто общался с московскими диссидентами. Подробности можно найти в опубликованных мемуарах высланного из СССР (и позже вернувшегося) писателя Владимира Войновича. Запомнилась формулировка в характеристике партбюро ЛЯП на В. И. Петрухина — «активно пассивен».

Я. В. Гришкевич у газовой системы РИСК. Из архива ОИЯИ.

Сотрудничество с CERN, DELPHI и ATLAS

1980-1991

В начале 1980-х гг. в CERN был предложен проект нового электрон-позитронного коллайдера — LEP (Large Electron-Positron Collider). Осенью 1983 г. началось строительство ускорителя и четырех детекторов для проведения исследований на пучке LEP. Железный занавес стал медленно подниматься, что позволило физикам из СССР принять участие в создании детектора DELPHI (DEtector with Lepton Photon and Hadron Identification). Физики из ИФВЭ (Протвино) и ОИЯИ взялись за создание адронного калориметра. Группа ИФВЭ отвечала за изготовление на Ижорском заводе (Ленинград) 24-х железных секторов, а группа ОИЯИ — за производство газовых детекторов, которыми заполнялись щели в секторах.

В. Рябцов (ЛВЭ), H. Herr (CERN), Г. А. Шелков (ЛЯП) Шелков Г.А. Мицельмахер Г.В.

LHC и участие в создании дрейфовых камер для мюонной системы установки ATLAS

1992-2005

Идея проекта Большого адронного коллайдера (Large Hadron Collider, LHC) родилась в 1984 г. и была официально одобрена десятью годами позже. Строительство началось в 2001 г. после окончания работы предыдущего ускорителя — электрон-позитронного коллайдера (Large Electron—Positron Collider, LEP). 27 апреля 2007 г. в туннеле LEP был установлен последний сверхпроводящий магнит. 30 марта 2010 г. в LHC было осуществлено столкновение протонов с энергией 3,5 ТэВ, и была достигнута энергия столкновений 7 ТэВ.

Еще в рамках проекта ASCOT в ходе обсуждения оптимального варианта детекторов для мюонной системы Г. Д. Алексеев из нашего отдела, находившийся в то время в длительной командировке в CERN, предложил использовать в качестве координатных детекторов этой системы дрейфовые трубки с повышенным давлением рабочего газа. Повышение давления рабочего газа в дрейфовом детекторе повышает его координатное разрешение.

Погрузка собранных камер для транспортировки в CERN

После 2005 года — года завершения работ по созданию и установке мюонных камер в ATLAS — в отделе начались работы по обработке данных этого эксперимента. На обновлённом участке стартовала и успешно ведётся сборка новых мюонных камер. Эти камеры типа MicroMegas имеют более высокую загрузочную способность по сравнению с описанными выше дрейфовыми трубками. Это важно при переходе LHC и ATLAS в режим работы с высокой светимостью. Кроме того, ведутся работы по целому ряду новых проектов: BESIII, COMPASS, SPD NICA, методическому проекту по исследованию свойств и созданию новых полупроводниковых детекторов и запуску электронного ускорителя Линак-200.

И, как уже было сказано во введении, рассказывать о них будут после их завершения другие авторы.

Г. А. Шелков, 2020 г.

© DLNP