№ 49-50 (3938-3939) от 26 декабря 2008:

• С Новым годом!
• Год академика Н.Н. Боголюбова
• Поздравляем!
• Визиты на финише года
• Т.Куртыка: Участие дубненских коллег для нас очень важно
• "Физика на коллайдере NICA"
• Сколько весит топ-кварк
• Росатом - ОИЯИ: основа для сотрудничества
• "Белые звезды" проекта БЕККЕРЕЛЬ
• Нейтроны в нанодиагностике и исследованиях наноматериалов
• От первых стартов - до космических экспедиций
• Воспоминания о развесистой клюкве
• А.Сидорин. СЫРНАЯ ПАЛОЧКА
• Воздух Родины - он особенный...
• Дорогие читатели!
• Дубна поэтическая
• А.Володько. На год Быка
• Анонс

Версия № 49-50 в формате pdf (~3.2 Mb)

Молодежь и наука

"Белые звезды" проекта БЕККЕРЕЛЬ

С 2002 года сотрудничеством БЕККЕРЕЛЬ ведутся экспозиции ядерной эмульсии в пучках релятивистских ядер, которые впервые формировались на нашем нуклотроне. Развитая система магнитных каналов для транспортировки пучков позволила освоить вторичные пучки радиоактивных ядер. К настоящему времени выполнены облучения изотопами бериллия-7,9, бора-8,10,11, углерода-9,10, азота-12,14 и железа (итого 9 изотопов!). Эмульсия прошла процесс обработки и передана для анализа участникам эксперимента из ЛФВЭ, ФИАН, Университета имени П.Шафарика (Кошице), Института космических исследований (Бухарест), ЕрФИ (Ереван), ПИЯФ. Таким образом, все большее разнообразие ядер может быть изучено в рамках идентичных условий наблюдения. Новая серия стала естественным продолжением циклов облучений на синхрофазотроне ОИЯИ, в Брукхейвене и ЦЕРН. В сотрудничестве, которое непрерывно продолжается со времени основания ЛВЭ, дружно работают опытные специалисты и недавно влившаяся в коллектив молодежь.

Послушайте, ведь если звезды зажигают, значит, это кому-нибудь нужно?
Значит, кто-то хочет, чтобы они были?..
В.В. МАЯКОВСКИЙ

Важная особенность эмульсионного метода состоит в том, что каждая новая порция материала дает шанс молодому исследователю сразу включиться в серьезную аналитическую работу, заставляет его активно расширять профессиональный кругозор и физическую интуицию. Можно сказать, что сам процесс отбирает толковых и настойчивых новичков, учит размышлять и самостоятельно доводить порученные задачи до весомых результатов, докладов и статей. В случае ОИЯИ для научной молодежи подспорьем и одновременно мобилизующим фактором оказывается возможность обучения в аспирантуре УНЦ. В 2008 году по проекту БЕККЕРЕЛЬ защитили кандидатские диссертации молодые ученые из ЛФВЭ: Денис Артеменков (в июне), Ралица Станоева (в сентябре) и Татьяна Щедрина (в ноябре). Все три защиты прошли в ФИАН. Эти успехи стали поводом коротко рассказать о полученных ими результатах, а также о планах нашего сотрудничества.

Выбор направления исследований по нашему проекту был сделан в пользу построения систематической картины фазового перехода ядерной материи в состояние квантового газа нуклонов и легчайших ядер. Поэтому физическая программа сориентирована на анализ событий наиболее периферической фрагментации ядер, которые получили символическое название - "белые звезды". В таких событиях почти полностью "выживают" разнообразные системы ядерных фрагментов с суммарным весом и зарядом, близкими к начальному ядру. Такие кластерные состояния образуются вблизи порогов диссоциации ядер, с относительными скоростями фрагментов, характерными для процессов ядерной астрофизики. С позиций физики атомного ядра речь может идти о формировании разреженной и предельно холодной ядерной материи. Благодаря уменьшенному кулоновскому отталкиванию такие системы могут играть роль начальных состояний в процессах слияния легчайших ядер при взрывах сверхновых.

Совмещение двух микрофотографий: следы взаимодействия релятивистского ядра серы с тяжелым ядром эмульсии и фотографии человеческого волоса. Оба снимка получены с помощью микроскопа МБИ-9 при 60-кратном увеличении и цифровой фотокамеры NIKON.

Релятивистский масштаб энергии исследуемых ядер и коллимация продуктов реакции обеспечивают принципиальные преимущества. Однако ими не так-то просто воспользоваться. Несмотря на многолетний интерес к картине периферической фрагментации релятивистских ядер, специализированные эксперименты в этой области прогрессируют достаточно медленно, а обзорные просто отсутствуют по методическим причинам. До сих пор только рекордное пространственное разрешение ядерных эмульсий, которое на два порядка лучше электроники, открывает доступ к уникальным по полноте наблюдениям. Интуитивно эти возможности можно оценить по фотографии, на которой совмещены снимок взаимодействия релятивистского ядра серы в эмульсии и микрофотография человеческого волоса, полученные с помощью микроскопа и цифровой фотокамеры в одинаковых условиях. На сайте сотрудничества http://becquerel.jinr.ru/ читатель может найти много видеоматериалов о ядерных взаимодействиях в эмульсии.

Денис Артеменков

Итак, легкие ядра вблизи порога развала могут переходить в резонансное состояние альфа-частиц, подобное ультрахолодным разреженным газам атомной физики. Аспирантом УНЦ, а ныне научным сотрудником Денисом Артеменковым проведено исследование фрагментации изотопа беррилия-9 как системы из двух альфа-частиц и нейтрона. Благодаря простоте изучаемой системы получены результаты, замечательные по достигнутой ясности и статистической обеспеченности. Сделан вывод о доминирующем вкладе в спектры фрагментации распадов нестабильного ядра бериллия-8 из основного и первого возбужденного состояния. Это ядро рассматривается как альфа-конденсатное ядро и как возможный "кирпичик" более сложных и протяженных систем. В этом отношении полученный для ядра бериллия-9 результат служит физическим и методическим обоснованием предстоящего поиска альфа-частичного Бозе-конденсата в релятивистской диссоциации все более сложных ядер.

Надежда Корнегруца

Можно сказать: тот, кто видит бериллий-8, - видит "все" в физике ядерных кластеров. В настоящее время под руководством Дениса выполняет магистерскую работу студентка Томского политехнического университета Надежда Корнегруца. В продолжение накопления данных по бериллию-9 ей поручен анализ гораздо более редких событий диссоциации на ядрах водорода из состава эмульсии.

Татьяной Щедриной были получены сведения о кластерных особенностях ядра азота-14 во всем многообразии каналов фрагментации. Было выявлено лидирование яркого четырехтельного канала диссоциации (3Не + Н) и исследована роль дейтронов как кластеров.

Татьяна Щедрина

Впервые для этого ядра идентифицированы редкие процессы диссоциации, для которых характерны глубокая перегруппировка альфа-частичной структуры и преодоление высоких энергетических порогов. Стоит отметить прикладное значение выполненного исследования. При бомбардировке протонами галактического происхождения ядер азота в земной атмосфере могла происходить наработка дейтерия и изотопов лития, бериллия и бора с последующим накоплением их на земной поверхности. Дальнейшие исследования фрагментации азота-14 в специализированном эксперименте могут привести к выводам о соотношении и накоплении этих редких изотопов в земной коре за время существования атмосферы.

Использование ядерной эмульсии для изучения релятивистской фрагментации радиоактивных ядер с протонным избытком имеет особые преимущества из-за возрастающей полноты наблюдения фрагментов. Одно из таких ядер - бор-8 играет ключевую роль в ядерной астрофизике. Оно и стало объектом детального исследования, проведенного Ралицей Станоевой. К началу этой работы она уже защитила в ОИЯИ магистерскую работу по нашему проекту. На этот раз предстояло выполнить сложный анализ облучения во вторичном пучке (или "пучковом коктейле"), что потребовало от Ралицы нового уровня понимания проблемы, тщательности и глубины анализа.

Ралица Станоева

Ядро бора-8 - наиболее чувствительный пробник для электромагнитных взаимодействий с тяжелыми ядрами благодаря рекордно малой энергии связи протона. В этом случае процесс кулоновской диссоциации становится особенно простым и в то же время ценным механизмом реакции, так как воздействие поля ядра-мишени известно достаточно точно. В очень сильных полях тяжелых ядер могут происходить такие яркие и интересные эффекты, как полные развалы ускоренного ядра бора-8 на ядра водорода и гелия. Для ядер из состава эмульсии - серебра и брома - предстояло выявить события именно электромагнитной природы.

Прежде всего, найдены необходимые доказательства того, что облучение было выполнено в пучке с доминированием именно изотопа бора-8. Главный аргумент - лидирование событий диссоциации по каналу бериллий-7 + протон среди наиболее периферических соударений, ставшее "автографом" именно ядра бора-8. Эта группа событий позволила выявить характерные особенности процесса электромагнитной диссоциации. Ценным заделом на перспективу стало описание множественных каналов диссоциации бора-8.

Во всех трех работах облученная эмульсия была проанализирована с исчерпывающей полнотой. Ответственное отношение к уникальному материалу заслуживает особой похвалы. Сделаны ясные выводы о диссоциации ядер, практически недостижимые в других методах. Материалы диссертаций содержат детальные сведения, которые могут быть весьма полезны для обоснования последующих экспериментов на основе электронных методов регистрации. Возможно, что в них будут достигнуты новые уровни статистики, однако полнота наблюдений всех продуктов реакции, характерная для эмульсионного метода, по-видимому, так и останется недостижимой. Результаты эмульсионных работ могут позволить оценивать ограниченность детектирования и в более сложных экспериментах и придать уверенность на пути к последующим выводам.

Дмитрий Кривенков

На очереди следующее ядро на границе протонной стабильности - углерод-9. Подлежащие анализу слои эмульсии уже облучены этими ядрами, а анализ будет проводить Дмитрий Кривенков, этой осенью поступивший в аспирантуру УНЦ. Ему, конечно, помогут более опытные физики, к которым можно отнести и новых кандидатов наук.

Можно надеяться, что решение задач по исследованию структуры периферических взаимодействий легких ядер позволит на новом уровне понимания обратиться к подобным процессам для тяжелых ядер. Сотрудничество располагает слоями ядерной эмульсии, облученными в пучках релятивистских ядер кремния, серы, железа, золота и свинца, и продолжает накопление и анализ статистики событий периферического типа. Для всех ядер наблюдаются "белые звезды" с диссоциацией вплоть до изотопов водорода и гелия. Природа этого явления все еще не ясна.

Можно предположить, что поле тяжелого ядра мишени индуцирует электромагнитный импульс, который воздействует на пролетающее мимо ядро. Такой импульс может быть достаточно энергичен, чтобы возбудить гигантские резонансы в ядре, отделить фрагменты или даже создать частицы. Интригующая возможность состоит в поглощении налетающим ядром нескольких фотонов, составляющих поле ядра мишени.

Наблюдаемая фрагментация ядер с предельной множественностью может вести к важным последствиям при интерпретации данных по космическим лучам ультравысоких энергий. Появление протонов в наиболее энергичной части спектра может симулироваться тяжелыми ядрами, с энергиями на нуклон на два порядка меньшими.

Теоретиками отмечается непосредственное астрофизическое значение дальнейшего исследования мультифрагментации ядер - из-за ее сходства по ряду микроскопических параметров с условиями, которые возникают при коллапсе сверхновых. Наши наблюдения позволяют косвенным образом подтвердить возможность коллапса плотной водородно-гелиевой плазмы в ядра железа и более тяжелые ядра.

Отметим прикладное значение изучения ядер золота или свинца. Множественная фрагментация тяжелого ядра в легкие и легчайшие ядра должна вести к одномоментному высвобождению десятков релятивистских нейтронов. Информация о таких нейтронных системах окажется полезной при проектировании энергетических систем с ускорительным управлением.

Такие когерентные "пачки" нейтронов могли бы формировать короткоживущие состояния - полинейтроны. Одновременное детектирование и целостный анализ нейтронных "струй" достижимы только калориметрическими методами физики высоких энергий. Эмульсионное сотрудничество, изучая результаты облучений, выполненных в ядерных пучках, может продолжить актуальные исследования в этой области при незначительных затратах. И эти исследования могут обосновать масштабные эксперименты будущего по физике ядра.

Наши эксперименты дают наблюдения, которые в обозримой перспективе будет трудно повторить в других центрах и другими методами. Поэтому, важно сохранить методическую культуру анализа ядерных взаимодействий в эмульсии. На более простых задачах готовятся специалисты, способные решать столь сложную задачу, как анализ множественной фрагментации тяжелых релятивистских ядер в десятки треков. Сам метод ядерной эмульсии заслуживает обновления, без изменения в принципах детектирования, - с тем, чтобы увеличить скорость поиска и детализацию анализа редких событий периферической диссоциации. Редкие - не означает ненужные: скорее - весьма яркие и доказательные. Ведь и сверхновые вспыхивают в космосе не так уж часто.

П. ЗАРУБИН, руководитель проекта, А. МАЛАХОВ, руководитель темы.