Печатная версия
Архив / Поиск

Archives
Archives
Archiv

Редакция
и контакты

К 50-летию СО РАН
Фотогалерея
Приложения
Научные СМИ
Портал СО РАН

© «Наука в Сибири», 2019

Сайт разработан и поддерживается
Институтом вычислительных
технологий СО РАН

При перепечатке материалов
или использованиии
опубликованной
в «НВС» информации
ссылка на газету обязательна

Наука в Сибири Выходит с 4 июля 1961 г.
On-line версия: www.sbras.info | Новости | Архив c 1961 по текущий год (в формате pdf), упорядоченный по годам
 
в оглавлениеN 27 (2762) 8 июля 2010 г.

ОТ МД-1 ДО КЕДРа И АТЛАСа

14 июля 2010 года исполняется 60 лет со дня рождения доктора физико-математических наук, профессора, лауреата Государственной премии СССР, заместителя директора Института ядерной физики Юрия Анатольевича Тихонова.

Иллюстрация

Ю. А. Тихонов — один из наиболее ярких воспитанников научной школы ИЯФ по исследованию элементарных частиц методом встречных пучков. Свой путь в науку он начал в институте студентом НЭТИ-НГТУ. После окончания НЭТИ в 1972 году он был принят в объединенную лабораторию 3, руководимую чл.-корр. АН СССР В. А. Сидоровым, где под руководством профессора А. П. Онучина прошел путь от стажёра до доктора физ.-мат. наук, заведующего лабораторией. В 2000 году Юрий Анатольевич был назначен руководителем объединенной лаборатории 3 и заместителем директора ИЯФ.

Начало научной работы Ю. А. Тихонова тесно связано с разработкой детектора МД-1. Это был период бурного развития экспериментов на встречных пучках. Основной причиной этому явилось открытие многоадронных процессов в ИЯФ на коллайдере ВЭПП-2 при энергии 1,3 ГэВ и на коллайдере во Фраскати (Италия) при энергии 2 ГэВ. Результаты впервые были доложены на Рочестерской конференции в 1970 году. Обсуждение работ закончилось утверждением, что не существует теории, которая может объяснить результаты экспериментов. В результате дискуссий в СЛАКе (США) начали строить коллайдер СПИР на энергию 5 ГэВ, в ДЭЗИ (Германия) форсировали строительство ДОРИС на энергию 8 ГэВ.

В ИЯФ были приняты решения построить коллайдер ВЭПП-2М на ту же энергию, что у ВЭПП-2, но со светимостью в 100 раз более высокой, а также форсировать строительство ВЭПП-4 на энергию 14 ГэВ.

Для экспериментов на ВЭПП-4 началась разработка большого универсального детектора МД-1. Команда физиков, которая работала над проектом, состояла из пяти человек: доктор физ.-мат. наук А. П. Онучин и четыре стажера — В. Р. Грошев, А. И. Воробьев, В. И. Тельнов, Ю. А. Тихонов.

Физический проект был закончен в 1975 году, магнитное поле детектора составило 15 кГс, объем магнитного поля 10 кубических метров, вес детектора 400 тонн. Основу регистрации частиц составляли многопроволочные пропорциональные камеры, методика которых только начала развиваться. В детекторе использовались три типа камер — координатные, ливнево-пробежные и мюонные с размерами до 2 квадратных метров. Число каналов электроники составляло 16 тысяч, полное количество проволочек — полмиллиона. Для идентификации частиц использовались сцинтилляционные и газовые черенковские счетчики.

Уникальной особенностью детектора было то, что его магнитное поле было направлено перпендикулярно орбите пучков, что важно для регистрации двухфотонных процессов. В МД-1 впервые в мире был предложен вариант поместить электромагнитный калориметр внутри обмотки магнита.

Ю. А. Тихонов отвечал за систему мюонных камер и систему измерения светимости по однократному и двойному тормозному излучению и по рассеянию электронов на малые углы. Он также решил важную проблему — разработал проект вакуумной камеры, позволяющей защитить детектор от фона синхротронного излучения.

В 1980 г. детектор «переехал» на ВЭПП-4. Первым экспериментом с МД-1 было измерение спектра однократного тормозного излучения. Было обнаружено, что в мягкой области энергий фотонов сечение существенно меньше, чем предсказывает квантовая электродинамика. Объяснение этого эффекта было дано Ю. А. Тихоновым. Эффект связан с тем, что в этом эксперименте поперечные размеры пучка были меньше прицельного параметра процесса.

Вскоре три группы теоретиков из ИЯФ и Института математики СО РАН получили формулы для сечения процесса однократного тормозного излучения с учётом ограничения прицельных параметров. Появилось даже название: МД-эффект. Затем последовали работы, где было показано, что данный эффект даёт заметный вклад при измерении светимости коллайдера ГЕРА в ДЭЗИ по процессу тормозного излучения в электрон-протонном столкновении, а на e+e фабриках он приводит к увеличению времени жизни пучков.

Эта работа явилась основой его кандидатской диссертации (1982 г.) и также была отмечена медалью для молодых учёных АН СССР (1984 г.).

Эксперименты с детектором МД-1 проводились с 1980 по 1985 годы в области энергий ипсилон-мезонов. Эти мезоны массой в 10 раз больше протона состоят из связанных b-кварков («прелестных» кварк-анитикварков). Они были открыты в США в 1977 г., и их изучение только начиналось.

В экспериментах с МД-1 был набран интеграл светимости 30 обратных пикобарн, зарегистрировано 0,1 млн ипсилон-мезонов, опубликовано 30 результатов с детектора. И до сегодняшнего дня измерения масс ипсилон-, ипсилон’-, ипсилон’’-мезонов, измерение сечения e+e аннигиляции в адроны в области энергий 7,2–10,4 ГэВ, измерение сечения двухфотонного рождения адронов в области инвариантных масс 1,5–4 ГэВ имеют лучшую в мире точность.

В этих экспериментах Ю. А. Тихонов внёс оригинальное предложение, которое состояло в том, чтобы использовать для прецизионного измерения энергии пучков ВЭПП-4 (а, следовательно, и масс ипсилон-мезонов) методом резонансной деполяризации рассеяние синхротронного излучения на встречном пучке. В этом методе удалось получить лучшую точность, чем при использовании традиционного метода — рассеяния пучка лазерного света. За работы по прецизионному измерению масс элементарных частиц Ю. А. Тихонову в группе сотрудников ИЯФ была присуждена Государственная премия СССР (1989 г.).

В 1994 г. Ю. А. Тихонов защитил докторскую диссертацию, которая была посвящена измерению на МД-1 сечения e+e аннигиляции в адроны.

С конца 1980-х годов работа Юрия Анатольевича была в основном сосредоточена на разработке нового большого универсального детектора для экспериментов на модернизированном коллайдере ВЭПП-4М. В разработке проекта приняли участие физики многих лабораторий института, а с 1986 года к проекту присоединились итальянские физики из трех университетов. В декабре 1986 была создана коллаборация, а детектору было присвоено имя КЕДР. Вскоре был подготовлен физический проект детектора. КЕДР по проектным параметрам не уступал работающему в области ипсилон-мезонов детектору «Аргус» (Германия) и разрабатываемому в Корнеле (США) проекту КЛЕО-2.

Детектор имеет внушительные габариты: длина 6 метров, диаметр 6 метров, вес 1000 тонн, магнитное поле напряженностью до 15 кГс создается сверхпроводящей катушкой диаметром 3 метра. Электромагнитный калориметр содержит в цилиндрической части 30 тонн жидкого криптона, в торцах — 3 тонны кристаллов йодистого цезия. Дрейфовая камера из 42 слоев обеспечивает точность измерения координат 0,1 мм. Для идентификации частиц используются сцинтилляционные счетчики и система черенковских счетчиков, которая содержит 1000 литров аэрогеля. В ярме магнита находится система мюонных камер. Для экспериментов по исследованию двухфотонных процессов разработана уникальная система регистрации рассеянных электронов, в которой точность измерения энергии существенно лучше, чем в МД-1.

Основные усилия Ю.А. Тихонова по программе КЕДРа были направлены на разработку жидкокриптонового калориметра. Такие калориметры нигде в мире не работали. В короткие сроки был изготовлен прототип, на котором на пучке электронов на ВЭПП-3 было измерено энергетическое разрешение и были изучены многие эффекты, которые определяют энергетическое разрешение. Результаты оказались хорошими, и начались работы по созданию реального калориметра. Изготовление криогенных систем калориметра было передано на завод «Криогенмаш» под Москвой. К сожалению, реальное изготовление криогенных систем пришлось на период начала 90-х годов, когда качество работ на «Криогенмаше» резко ухудшилось. Криогенная система калориметра была изготовлена с большим количеством брака. Ю. А. Тихонову пришлось приложить большие усилия, чтобы в ИЯФе исправить многие недоделки и довести криогенную систему до рабочего состояния. В настоящее время жидкокриптоновый калориметр работает хорошо, на нем получены проектные параметры и высокая стабильность.

Под руководством Ю. А. Тихонова с использованием методики жидкокриптонового калориметра были изучены процессы квантовой электродинамики высокого порядка — процесс расщепления фотона в поле ядра (впервые в мире) и отклонение фотонов в поле ядра — дельбрюковское рассеяние (с лучшей в мире точностью).

С 2002 года с детектором КЕДР ведутся эксперименты на ВЭПП-4М, Юрий Анатольевич является руководителем работ на детекторе. За прошедшее время на детекторе получен ряд значимых физических результатов, к наиболее важным из которых относятся: измерение с лучшей в мире точностью массы тау-лептона, что имеет принципиальное значение для проверки лептонной универсальности Стандартной Модели, и измерение с точностью в 3 раза лучше табличной масс семейства пси-мезонов.

Более 10 лет группа физиков и инженеров ИЯФ под руководством Юрия Анатольевича участвует в подготовке и проведении экспериментов на детекторе АТЛАС — большом универсальном детекторе частиц на крупнейшем в мире Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. Хотя в коллаборацию АТЛАС входит около 3000 физиков из многих институтов мира, работа ИЯФа весьма заметна.

Используя ИЯФовский опыт работы с криогенными детекторами, группа внесла существенный вклад в строительство торцевого электромагнитного калориметра детектора АТЛАС на жидком аргоне на всех его этапах. Ею, в частности, был предложен наиболее эффективный и экономичный по стоимости вариант конструкции калориметра, который был принят коллаборацией АТЛАС. Кроме того, для компенсации ухудшения энергетического разрешения из-за потерь энергии частиц в веществе криостата был предложен и успешно реализован (исключительно силами ИЯФ) специальный мини-детектор.

Большой вклад ИЯФ внес в инженерное обеспечение систем детектора и его инфраструктуры. Были разработаны, изготовлены (с участием крупных заводов в Новосибирске и Воткинске) и смонтированы сверхпроводящие токопроводы на 20 килоампер для всех магнитов детектора АТЛАС, а также большие (диаметром 25 м) кольца для прецизионного крепления мюонных камер. Надо сказать, что ввиду сложности и масштабности работ за их выполнение не взялись известные европейские фирмы. Однако Юрий Анатольевич с присущими ему оптимизмом и энергией сумел, несмотря на казавшиеся временами непреодолимыми трудности, организовать эти работы, довести их до успешного завершения в России, установить и ввести изготовленные элементы в эксплуатацию в ЦЕРНе.

В настоящее время группа физиков (в основном молодых) под руководством Юрия Анатольевича активно участвует в наборе данных на детекторе, работах по его калибровке, создании программного обеспечения для моделирования и реконструкции событий, ведёт анализ интересных физических процессов. И кто знает, быть может, им удастся открыть единственный не обнаруженный пока на эксперименте «кирпичик» Стандартной Модели — бозон Хиггса, благодаря взаимодействию с полем которого, как полагают, другие известные нам частицы приобретают массу.

Трудно перечислить всё, что входит в круг забот заместителя директора института Ю.А. Тихонова. Отметим лишь ещё одну важную работу, которая ведётся в лаборатории — это разработка малодозных рентгеновских установок для медицины и для контроля в аэропортах. Они признаны самыми безопасными в мире. Эти установки постоянно совершенствуются, серийно производятся в России и в Китае.

Ю. А. Тихонов — профессор кафедры физики элементарных частиц НГУ, где читает курс лекций по физике элементарных частиц при сверхвысоких энергиях. Под его руководством защищено пять кандидатских диссертаций.

Конечно, для эффективной работы с большим количеством людей как нельзя лучше подходят такие человеческие качества Юрия Анатольевича, как высокая работоспособность, оптимизм, легкость и открытость в общении с людьми, умение шуткой разрядить сложную ситуацию.

Коллектив Института ядерной физики, его коллеги и ученики поздравляют Юрия Анатольевича с юбилеем, искренне желают ему крепкого здоровья и творческих успехов в научной и педагогической работе.

Учёный совет ИЯФ СО РАН,
друзья, коллеги

стр. 5

в оглавление

Версия для печати  
(постоянный адрес статьи) 

http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?4+556+1