В 1963 г. 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 г. 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.
Проект был утверждён на ученом совете ИФВЭ в 1970 году.
В научных программах всех вводившихся новых ускорителей 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 подтвердило бы симметрию по отношению к нашему миру антимира и, в частности, существование в природе связанных состояний, включающих два антинейтрона – антитритий и два антипротона – антигелий.
Эксперимент по поиску антигелия одновременно с нами провела группа ИФВЭ под руководством Ю. Д. Прокошкина.
С методической точки зрения требования в этих двух на первый взгляд похожих экспериментах существенно отличались. Заряд ядер антитрития — минус единица — такой же, как и у всех остальных частиц в выведенном пучке отрицательных частиц заданного импульса, образовавшихся на внутренней мишени У-70. Поэтому для идентификации ядер антитрития можно было использовать только один отличающий его от других частиц пучка признак — различие в скоростях при фиксированном импульсе, в то время как для идентификации ядер антигелия, имеющих заряд минус два, появляется еще один важный для идентификации признак — заряд ядра антигелия равный минус двум. Ионизационные потери заряженных частиц пропорциональны квадрату их заряда. Таким образом, ионизационные потери ядер антигелия будут в четыре раза больше, чем ионизационные потери всех остальных известных отрицательно заряженных частиц пучка ( е-, π-, Κ-, d-). На первый взгляд, поиск ядер антитрития — весьма простой по постановке эксперимент: в составе вторичного пучка отрицательных частиц определенного импульса, рождавшихся на внутренней мишени У-70, необходимо было идентифицировать отрицательно заряженные ядра от антитрития и выше. И детекторы, с помощью которых это можно делать, тоже понятны, — газовые пороговые черенковские счетчики для подавления легких частиц и времяпролетный спектрометр, а также дифференциальные черенковские счетчики для идентификации ядер антитрития.
С экспериментальной точки зрения это была совсем не простая задача. Ведь единственный признак, отличающий антитритий, — это отличие в третьем знаке его скорости от скорости света. Кроме того, вероятность образования ядра антитрития ожидалась на 11 порядков меньше вероятности образования более легких отрицательно заряженных частиц ( π-, κ-, p- и d-). Для надежного подавления такого «фона» пришлось настроить один из четырех газовых пороговых черенковских счетчиков на подавление антидейтронов, образующихся в миллион раз чаще, чем антитритий. Появление такой необходимости — забавный факт. Это наглядный пример высокой скорости развития физики частиц. Не так давно (в 1965 г.) наблюдение антидейтрона стало заметным событием в физике частиц, а в этом эксперименте пришлось уже подавлять антидейтроны как фоновые. Экспериментальная установка была создана за два года и, к 1973 году эксперимент успешно завершился открытием антитрития.
Для достижения требуемого уровня подавления необходимо было последовательно выполнить три условия: а) создать эффективный монитор пучка, в котором примесь случайных совпадений была бы существенно меньше ожидаемой доли антитрития в пучке; б) надежно подавить случаи пролета через канал более легких, чем антитритий, частиц; в) создать систему надежной идентификации случаев пролета через канал тяжелых (M ≥ 3mp) частиц и антиядер. Эксперимент проводился на специально созданном на У-70 канале вторичных отрицательных частиц с импульсом 25 ГэВ/с. Для создания «чистого» монитора пучка вдоль всего 100-метрового канала было установлено семь сцинтилляционных счетчиков. Для подавления фона от легких частиц (включая антидейтроны) использовалось четыре газовых пороговых черенковских счетчика. Для идентификации тяжелых ядер — сцинтилляционный спектрометр по времени пролета, многоканальный и дифференциальный газовые черенковские детекторы.
Все электронные блоки: формирователи сигналов с ФЭУ, схемы совпадений, амплитудно-цифровые преобразователи (АЦП) для измерения амплитуды сигналов, время-амплитудные преобразователи (ВАП) для измерения времени пролета, кабельные регулируемые задержки — были изготовлены в нашем секторе. Всего по разработкам радиоинженеров Зенона Цисека и Марека Шавловского (ПНР), силами радиомонтажниц Татьяны Александровны Агудиной (затем Молокановой) и Нины Николаевны Хованской и радиотехника (в то время) Николая Николаевича Хованского было собрано свыше 50 оригинальных транзисторных электронных блоков, которые успешно проработали в этом и последующем эксперименте (РИСК) в ИФВЭ в течение 10 лет. Кроме того, это был один из первых экспериментов в ОИЯИ и точно первый в ЛЯП, который накапливал и оперативно обрабатывал данные, поступавшие от всех детекторов установки в ЭВМ БЭСМ-3М (online experiment). В это время в наш сектор пришли Ю. П. Мереков, Л. С. Вертоградов, И. Ф. Саменкова и Я. В. Гришкевич.
Начиная с этого времени, в наш сектор начинают приезжать специалисты из стран-участниц ОИЯИ. Из ПНР — электронные инженеры-разработчики: уже упоминавшийся Зенон Цисек и Марек Шавловский; из ГДР (Цойтен) — физики Рудольф Ляйсте, Дитрих Позе, Йост Шюлер и Герд Кемниц.
По материалам эксперимента по поиску антитрития и новых тяжелых частиц были защищены две кандидатские диссертации: Г. А. Шелков (антитритий) в 1974 г. и Ю. П. Мереков (тяжелые частицы) в 1975 г.