Тема работ ЛЯР ОИЯИ № 04-5-1004-94/2003.

Синтез новых ядер, исследование свойств ядер и механизмов реакций под действием тяжелых ио­нов. Руководитель темы: Оганесян Ю.Ц.

Участвующие страны и международные организации:

Армения, Бельгия, Болгария, Германия, Италия, Казахстан, Китай, Монголия, ОИЯИ, Польша, Рос­сия, Ру­мыния, Словакия, Словения, США, Узбекистан, Украина, Финляндия, Франция, Чехия, Швейца­рия, Югославия, Япония.

Изучаемая проблема и основная цель исследований:

Синтез, исследование физических и химических свойств тяжелых элементов, исследование слияния и деления сложных ядер. Изучение свойств ядер на границе нуклонной стабильности, ядерные реак­ции с ускоренными радиоактивными ядрами. Исследование неравновесных процессов при низ­ких и промежуточных энергиях

Ожидаемые результаты по завершении этапов темы или проектов:

1. Синтез сверхтяжелых элементов вблизи Z=110÷116. Систематическое изучение химических свойств тяжелых элементов с Z=101÷112. Получение новых данных о характеристиках спонтанного деления тя­желых ядер, барьерах деления ядер, изучение нейтронов деления. Исследование кластер­ной радиоактивности. Изучение механизма образования и распада горячих ядер. Получение информации о свойствах ядер, лежащих на границе нуклонной стабильности. Получение информа­ции о механизме не­равновесных процессов.

Ожидаемые результаты по этапам темы или проектам в текущем году:

Проведение экспериментов по синтезу изотопов 116-го элемента в реакциях полного слияния ⁴⁸Ca + ²⁴⁸Cm. Подготовка к экспериментам по синтезу элементов 113, 115 в реакциях ⁴⁸Ca+ ²³⁷Np, ^241,243Am. Проведение экспериментов по измерению масс сверхтяжелых элементов.

…Проведение с использованием спектрометра "DEMON" и триггера осколков деления "КОРСЕТ" измере­ний дифференциальных характеристик массовых и энергетических распределений осколков деления в совпадении с нейтронами и γ-квантами, при подбарьерных энергиях в реакциях, вызывае­мых ¹²C, ⁴⁸Ca, ⁵⁸Fe, ⁸⁶Kr, приводящих к образованию компаунд-ядер в области Z=104÷122. Эксперименты по измере­ниям выходов и сепарации осколков фотоделения ²³⁸U на пучке электронов микротрона МТ-25. Получение информации о конкуренции деления и испарения возбужденных компа­унд ядер с Z≥100. (и т. д., см. источник – Г.В.). Источник: http://www.jinr.ru/~golosk/ptp-2001/title.htm

*  *  *

"Остров стабильности в науке и жизни". 10 октября выходящая в Армении газета "Новое время" опуб­ликовала интервью с научным руководителем ЛЯР ОИЯИ Ю.Ц. Оганесяном, которое с некото­рыми сокращениями мы перепечатываем в нашей газете.

Ядерная физика - особая сфера науки, она имеет еще очень важный нравственный аспект. Люди, про­никшие в сердцевину атома, могут принести неисчислимые беды человечеству и цивилизации. Мы уже имели тому ряд примеров. Вас не пугает причастность к этой возможной опасности?

Нет. Если исходить из этой, очень спорной посылки, то проще всего вернуть мир к пещерным време­нам. Огонь может стать причиной пожара, но нам не обойтись без огня, и не надо проклинать того, кто высек первую искру. Автомашины и самолеты потенциально, а иногда и реально, являются при­чиной катастроф. Но не стоит, право, подвергать анафеме создателей этих величайших чудес. Беду несет не научное достижение, а руки, в которые оно попадает. Наука, в сущности своей, устроена гар­мо­нично и очень разумно. И именно так она влияет на нашу жизнь. Каждому из нас эту гармонию и разум нужно искать в самом себе. Не метаться и не паниковать.

И тут начинается самое интересное.

Около 35 лет тому назад, когда казалось, что мир элементов кончается, и последующие экспери­менты были тому подтверждением, теоретиками была высказана оригинальная, если не экстравагант­ная гипотеза о том, что мир не кончается, и в области очень тяжелых, лучше сказать, сверх­тяжелых элементов, могут существовать "острова стабильности", где время жизни атомов-гиган­тов может быть в миллионы и даже миллиарды раз выше, чем то, с которыми мы имеем дело по­след­ние годы.  … В марте 2000 года мы завершили целую серию опытом по синтезу 114-го элемента, а в 2001 году, к середине мая, синтезировали 116-й элемент. Несмотря на то, что нам уда­лось полу­чить самые тяжелые элементы, что всегда расценивается как рекорд и является предме­том престижа или гордости Института и даже страны, мы не считаем это основным результатом нашей работы. Глав­ным является то, что свойства новых элементов подтвердили сущест­вование "острова стабильности" сверхтяжелых элементов, и теоретическая гипотеза, со всеми научными последствиями, стала реально­стью.

Простите заранее за вопрос дилетанта. Почему элементы называются стабильными, хотя они радиоак­тивны и сам "остров" получил такое название?

Строго говоря, стабильными являются элементы, не испытывающие радиоактивный распад. С некото­рой натяжкой стабильными можно было бы называть атомы, время жизни которых больше воз­раста Земли (4,5 миллиарда лет).  …Но мы еще далеки от вершины стабильности. Чтобы ее достиг­нуть, надо еще увеличить массу ядра за счет нейтронов. Это нам не под силу.

Это понятно. Но мы ведь люди сугубо прагматичные. Как это открытие может быть использовано?

Вечный вопрос. Каждый новый элемент, согласно периодическому закону Менделеева, имеет свои хи­мические аналоги: 110-й - по своим химическим свойства - аналог платины, 112-й - аналог ртути, 114-й - свинца и т.д.   …Теперь можно проверять фундаментальные химические закономерности на сверх­тяжелых элементах. Такие опыты уже готовятся в нашей лаборатории.

Говорят, что по своим масштабам синтез сверхтяжелых элементов тянет на Нобелевскую премию.

Говорят и даже представляют. Но это пока мало что значит, так как физика - широкая наука и, по­мимо ядерной физики, есть другие области: физика элементарных частиц, астрономия, физика конден­сированных сред и другие, где люди достигли выдающихся результатов. Да и в ядерной фи­зике не все определяется сверхтяжелыми.

*  *  *

ВАСИЛИСА, МАША... Далее - проект DRIBs . Мы уже достаточно долго работаем в программе по синтезу элементов, и настоящий прорыв в этой области исследований начался, когда наши ускоритель­щики получили пучок кальция-48. Среди стабильных изотопов это экзотические ядра, ха­рактеризующиеся большим избытком нейтронов. Кроме того, в ядре кальция-48 находится 20 прото­нов и 28 нейтронов ("магические числа"), что значительно облегчает процесс слияния ядер пучка и мишени и получения ядер новых элементов. Однако, возникли трудности в связи с тем, что получен­ные ядра новых сверхтяжелых элементов, так же как дочерние продукты их рас­пада, принадлежат к абсолютно неизвестной области. Так уж устроена физика в этой области таблицы Менделеева (в области нейтронно-избыточных ядер), что цепочки деления заканчиваются спонтанным делением, и у нас нет ни одного известного звена этой цепочки.

…Уже семь месяцев идут эксперименты на ГНС по облучению кюриевой мишени, что должно при­вести к синтезу 116-го элемента (одно событие наши коллеги уже получили). В этот период мы еще сделаем несколько коротких заходов, а осенью, уже в новом качестве, приступим к новой се­рии экспериментов по синтезу сверхтяжелых элементов. Начнем с той реакции, которую мы уже изу­чали, - кальций-48 плюс уран-238 с получением 112-го элемента с большей очисткой и досто­верностью. Источники: еженедельник "Дубна", 2001 г. http://www.jinr.ru/, см. также http://nfdfn.jinr.ru/

*  *  *

Последней не открытой до сегодняшнего времени частицей Стандартной Модели остается бозон Хиггса. Измерение его массы очень важно, так как, если он легкий, m_H140 ГэВ, то наличие тяже­лого t-кварка делает за счет петлевых поправок хиггсовский потенциал нестабильным. Для стаби­лизации потенциала нужны новые тяжелые бозоны; они естественным образом возникают в супер­симметричных обобщениях Стандартной Модели. …Если хиггсовский бозон легче 110 ГэВ, то в течение ближайшего года он будет обнаружен на ускорителе LEP-II, работающем на пределе своих воз­можностей, и это станет сильным аргументом в пользу суперсимметрии. Если же он тяжелее, то можно ожидать его открытия после 2005 г. на строящемся ускорителе LHC.
Источник: http://www.nature.ru/db/section_page.html?s=110104110

*  *  *

Картина современной физики. Элементарные частицы.  …Интересной проблемой квантовой тео­рии поля является включение в единую калибровочную схему и сильного взаимодействия ("великое объединение"). Другим перспективным направлением объединения считается суперкалибровочная симметрия, или просто суперсимметрия.
    В 60-х годах американскими физиками С. Вайнбергом, Ш. Глэшоу, пакистанским физиком А. Са­ламом и др. была создана единая теория слабого и электромагнитного взаимодействий, позднее по­лучившая название стандартной теории электрослабого взаимодействия. В этой теории наряду с фотоном, осуще­ствляющим электромагнитное взаимодействие, появляются промежуточные вектор­ные бозоны - частицы, переносящие слабое взаимодействие. Эти частицы были экспериментально обнаружены в 1983 году в ЦЕРНе.
    Открытие на опыте промежуточных векторных бозонов подтверждает правильность основной (ка­либровочной) идеи стандартной теории электрослабого взаимодействия.
    Однако для проверки теории в полном объеме необходимо также экспериментально исследовать ме­ханизм спонтанного нарушения симметрии. Если этот механизм действительно осуществляется в природе, то должны существовать элементарные скалярные бозоны - так называемые хиггсовы бо­зоны. Стандартная теория электрослабого взаимодействия предсказывает существование, как ми­нимум, од­ного скалярного бозона.
    Механизм спонтанного нарушения симметрии, который встречается в разнообразных физических си­туациях, получил широкое распространение в квантовой теории поля. Было показано, что в ка­либровочных теориях этот механизм может приводить к появлению конечной массы у безмассовых калибровочных частиц (т.н. эффект Хиггса).
    В моделях "Великого объединения" группа симметрии электрослабого взаимодействия и группа сим­метрии сильного взаимодействия являются подгруппами единой группы, характеризующейся единой константой калибровочного взаимодействия.
    В основе "Великого объединения" - тот факт, что при переходе к малым расстояниям (т.е. к высо­ким энергиям) увеличивается константа электрослабого взаимодействия и уменьшается константа сильного взаимодействия. Экстраполяция такой тенденции на сверхвысокие энергии приводит к ра­венству кон­стант всех трех взаимодействий при некотором энергетическом масштабе, при котором происходит спонтанное нарушение симметрии "великого объединения", приводящее к воз­никнове­нию масс у частиц, описывающих смешанные калибровочные поля.
    В разных моделях "великого объединения" предсказывается различная величина энергетического масштаба, но в любом случае такие энергии недостижимы в обозримом будущем ни на ускорителях, ни в космических лучах.

Для проверки моделей "Великого объединения" могут использоваться либо их предсказания в низ­коэнергетической области, либо космологические следствия этих моделей (по со­временным пред­ставлениям, на очень ранних стадиях расширения Вселенной могли достигаться температуры много большие, чем энергетический масштаб "Великого объединения"). Одним из предсказаний моделей "Великого объединения" является несохранение барионного заряда и, как следствие, нестабиль­ность протона.
    Супергравитация - калибровочная теория суперсимметрии, представляющая собой суперсиммет­рич­ное обобщение общей теории относительности (теории тяготения).
    Расширенная теория супергравитации обладает симметрией, в принципе позволяющей объеди­нить все известные виды взаимодействий - гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное. Однако имеющиеся модели пока далеки от реальной действительности (в частности, в них нет места некото­рым фундаментальным частицам). Источник: http://nrc.edu.ru/est/r3/index.html

*  *  *

Релятивистская ядерная физика – от сотен МэВ до ТэВ. В настоящее время исследования по реля­ти­вистской ядерной физике ведутся во многих научных центрах мира. Так, например, в ЦЕРН на ускорителе СПС работает ряд установок на пучках ядер свинца с максимальной энергией 158 ГэВ на ну­клон. В США летом 2000 г. запущен специальный ядерный коллайдер RHIC на энергию 100 ГэВ. В ЦЕРН в 2005-2006 гг. планируется построить новый ускоритель, "монстр" физики высоких энер­гий – про­тон-протонный коллайдер LHC, на котором планируется ускорять ядра до энергии 2,76 ТэВ на нуклон. Источник: http://www.jinr.ru/~jinrmag/koi8/2001/40/soder.htm

*  *  *

Суперсимметрия и объединение фундаментальных взаимодействий.

- обеспечивает объединение с гравитацией (локальная суперсимметрия есть теория гравитации);

- приводит к объединению сильных, слабых и электромагнитных взаимодействий (теория Великого объе­динения);

- решает проблему иерархий (одновременное существование больших и малых масштабов);

- создает недостающую темную материю во Вселенной.

 Суперсимметрия предсказывает существование нового семейства частиц, так называемых суперпарт­неров обычных частиц, но со спином, отличающимся на 1/2. Так, в суперсимметричной вер­сии Стандартной модели (СМ), получившей название Минимальной Суперсимметричной Стандарт­ной Модели (МССМ), существуют скварки и слептоны спина 0, зарядино и нейтралино спина 1/2 , глюино и гравитино спина 1/2 и 3/2, соответственно… … в течение ближайших 5-7 лет мы получим от­веты на многие интригующие вопросы.

…В последнее время популярна деятельность, связанная с дополнительными измерениями простран­ства. Идея исходит из теории струны, которая предпочитает "жить" в 10 пространственно-времен­ных измерениях. Существовавшая до сих пор единственная интерпретация основывалась на фор­ма­лизме Калуцы-Кляйна, когда 6 "лишних" измерений компактны, причем радиус компактификации настолько мал, что мы не ощущаем его. Однако в последнее время появилась другая интерпрета­ция, со­гласно которой "лишние" измерения могут быть и некомпактны, а причина, по которой мы их не замечаем, состоит в том, что мы как бы находимся в потенциальной яме и не можем выйти в но­вые измерения (а нам туда нужно? – Г.В.).

…Последней неоткрытой частицей Стандартной модели является хиггсовский бозон… Обнаружение хиггсовского бозона в предсказанном интервале явилось бы косвенным аргументом в пользу суперсим­мет­рии. … Но, разумеется, только прямое наблюдение суперпартнеров явилось бы доказатель­ством реализации суперсимметрии в физике частиц. Такие поиски ведутся сейчас на всех ускорителях мира (Х.Баер). … И сегодня теоретики и экспериментаторы возлагают большие наде­жды на новые эксперименты на Тэватроне в Лаборатории имени Ферми и на LHC в ЦЕРН, кото­рые должны дать убедительные свидетельства в пользу существования суперсимметрии.

… И хотя в нашей науке давно не было значимых открытий, мы все надеемся, что с началом исследо­ва­ний на LHC общественный интерес к физике, безусловно, вернется (лучше, если это слу­чится до пуска LHC - Г.В.).

*  *  *

Профессор И.А. Савин: "Будущие открытия планируются сегодня".  …сейчас в ЦЕРН строится боль­шой адронный коллайдер, на котором эта недостающая частица - бозон Хиггса, который отве­чает за механизм образования массы, - должен быть обнаружен. В последнее время научная обществен­ность была возбуждена слухами, что этот Хиггс показал свой "хвостик" на том ускори­теле, который называется LEP и который дирекция ЦЕРН решила закрыть, чтобы сосредоточить свои усилия на скорей­шем сооружении LHC. …LHC заработает в 2005 - 2006 году, я надеюсь, одновре­менно с установками, которые сейчас строятся, и тогда следует ожидать этого открытия.

АТЛАС: началась сборка мюонных камер: Завершены начавшиеся в 1996 году работы по сооруже­нию современного участка по производству координатных детекторов. Необходимость создания подоб­ного участка связана с обязательствами ОИЯИ в рамках большого (на сегодняшний день са­мого большого в истории науки!) проекта физики высоких энергий - сооружение универсального детек­тора АТЛАС для проведения исследований на строящемся в настоящее время в ЦЕРН крупней­шем в мире уско­рителе со встречными пучками частиц - коллайдере LHC.

Дальше