Размер шрифта: Больше . Сбросить . Меньше

ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА УСКОРИТЕЛЕ У-70

ИФВЭ, г. Протвино

1968—1985

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.

В. И. Рыкалин и В. И. Петрухин
В. И. Рыкалин и В. И. Петрухин у многоканального газового черенковского детектора. Из архива ОИЯИ.

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.

Ю.П. Мереков, Дитрих Позе, Л.С. Вертоградов, В.И. Рыкалин, Н.К. Вишневский, Рудольф Ляйсте
Ю. П. Мереков, Дитрих Позе, Л. С. Вертоградов, В. И. Рыкалин (соруководитель эксперимента со стороны ИФВЭ Протвино), Н. К. Вишневский (сотрудник ИФВЭ), Рудольф Ляйсте. Из архива ОИЯИ.

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.

Мереков Ю.П.
Ю. П. Мереков
Вертоградов Л.С.
Л. С. Вертоградов
Саменкова И.Ф.
И. Ф. Саменкова
Гришкевич Я.В.
Я. В. Гришкевич

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.

Марек Шавловский
Марек Шавловский
Рудольф Ляйсте
Рудольф Ляйсте
Дитрих Позе
Дитрих Позе
Герд Кемниц
Герд Кемниц
Все фото-портреты из личного архива.