Владимир Гаврилов
Релятивистская ядерная физика
Невозможно переоценить влияние, оказанное Георгием Александровичем, на мое отношение к научным исследованиям. В любых научных обсуждениях, будь то семинары лаборатории, обсуждения новых результатов и идей в узком кругу или просто дискуссии вдвоем, Георгий Александрович умел создать замечательную атмосферу поиска нового. Для реализации научных планов Георгий Александрович привлекал не только работников своей лаборатории, но и работников других лабораторий и институтов.
После реконструкции протонного синхротрона ИТЭФ и комплекса вторичных пучков потребовалось определить оптимальные условия работы этого комплекса. Георгий Александрович предложил не сводить эту работу к чисто технической, а получить заодно принципиально новые данные об образовании вторичных частиц при взаимодействии протонов с различными ядрами. Для того, чтобы измерить количество протонов, пролетевших через мишени, изготовленные из металлических фольг, и помешенных в вакуумную камеру ускорителя, Георгий Александрович предложил измерять наведенную активность в тонких алюминиевых фольгах, помещенных непосредственно перед исследуемыми мишенями.
Сцинтилляционные счетчики были изготовлены в лабратории Георгия Александровича, работники ускорителя (В.А.Щеголев и др.) обеспечивали изготовление мишеней и оптимальные режимы наведения внутреннего пучка протонов на мишени, работники службы пучков (М.М.Кац и др.) обеспечивали калибровку магнитных спектрометров и расчеты аксептансов, работники реакторного отдела (Г.В.Данилян и В.С.Павлов) проводили измерения активности алюминиевых фольг, входивших в состав мишеней, я проводил обработку полученных данных и вместе с Георгием Александровичем готовил статьи к публикации.
Георгий Александрович не ограничивался публикацией новых экспериментальных результатов, а всегда придавал большое значение их интерпретации. На этом этапе работе привлекались теоретики из нашего и других институтов. В 70-е годы прошлого века была популярна наивная модель адрон-ядерных взаимодействий, в которой предполагалось, что адрон высокой энергии взаимодействует с одним из нуклонов в ядре, а затем продукты этого взаимодействия независимо взаимодействуют с другими нуклонами. В таком случае можно измерять сечения взаимодействия нестабильных частиц с нуклонами, измеряя зависимость сечений образования этих частиц на разных ядрах. Георгий Александрович предложил проверь эту идею на пионах; для них сечения взаимодействия с нуклонами хорошо измерены. Сечения взаимодействий пионов, извлеченные из ядерных реакций с помощью этой модели, оказались значительно меньше, чем измеренные непосредственно в пион-нуклонных взаимодействиях. Этот результат продемонстрировал несостоятельность модели взаимодействия с ядрами, как с отдельными независимыми нуклонами, в которых вторичные частицы образуются непосредственно в точке взаимодействия. В последующие годы стало ясно, что процесс формирования вторичных частиц происходит не мгновенно, что и приводит к несостоятельности указанной выше модели взаимодействия с ядрами.
Большое внимание Георгий Александрович уделял развитию методики эксперимента. В 60-е и начале 70-х годов основным прибором лаборатории была установка ТИСС – Трековый Искровой Светосильный Спектрометр. На этой установке был проведен ряд уникальных экспериментов. Однако невысокая скорость набора и обработки данных, связанная с регистрацией событий на фотопленку и последующей ручной оцифровкой снимков, накладывала серьезные ограничения на эксперименты. Поэтому во второй половине 70-х годов в лаборатории Георгий Александрович стала развиваться методика БАС – Безмагнитного Адронного Спектрометра.
В основе БАС лежала идентификация вторичных частиц и измерение их энергии с помощью времени пролета и энерговыделения частиц в сцинтилляционных счетчиках. БАС позволил измерять энергии нейтронов, протонов, дейтронов и пионов в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен МэВ. Кроме большого количества сцинтилляционных счетчиков, потребовалось создание специализированной электроники, позволяющей преобразовывать время прихода и амплитуду сигналов в цифровой код с последующей передачей этой информации на ЭВМ, управляющей набором данных. Вся необходимая электроника была разработана и изготовлена в лаборатории Георгия Александровича. Модульный характер блоков электроники позволял гибко менять конфигурацию аппаратуры и провести на установке БАС много различных экспериментов.
Георгий Александрович считал, что в основе любого, даже самого сложного явления, должна лежать простая наглядная интерпретация. Такая интерпретация важна не только для понимания сути явления, но и имела эвристическую ценность, т.е. помогала планировать новые оригинальные эксперименты.
Универсальность спектров частиц, образующихся в кинематически запрещенной для квазисвободных процессов области, позволила Георгию Александровичу сделать предположение, что т.н. “кумулятивные” частицы могут образовываться при взаимодействии с компактным массивным объектом внутри ядра – флуктоном. Таким флуктоном может быть многокварковый “мешок” или тесная группа нуклонов. Флуктонная гипотеза позволяет объяснить многие свойства “ядерного” скейлинга: универсальность спектров кумулятивных частиц для разных ядер и разных налетающих частиц.
Если принять флуктонную гипотезу, то надо ожидать, что продукты взаимодействий с флуктонами должны вылетать не только в кинематически запрещенную для квазисвободных частиц область импульсов, но и в области, разрешенные для квазисвободных реакций. В таком случае, при высоких энергиях налетающих частиц, ядерные реакции можно представить как совокупность квазисвободных и глубоконеупругих процессов, идущих соответственно на периферии и в глубине ядер. Сечения этих процессов имеют различную зависимость от массы ядра, поэтому, измерив для разных ядер спектры вторичных частиц, вылетающих под разными углами, можно разделить вклады квазисвободных и глубоконеупругих процессов. И такое разделение было сделано на основании данных, полученных в ИТЭФ на установке БАС.
Была изучена пространственно-временная структура глубоконеупругих ядерных реакций (ГНЯР). Измерения корреляций тождественных частиц показали, что продольный размер области ГНЯР растет с ростом радиуса ядра, тогда как поперечный размер этой области практически не зависит от размера ядра. Это наблюдение позволяло предположить, что внутри ядра происходит несколько взаимодействий с флуктонами в области около траектории энергичной налетающей частицы. Измерения вероятности слияния протонов и нейтронов в дейтрон, в зависимости от направления его вылета, привело к выводу, что взаимодействия с флуктонами происходят последовательно во времени по мере пролета налетающей частицы (и продуктов взаимодействий) через ядро.
Квазисвободные и глубоконеупругие ядерные реакции при высоких энергиях протекают практически за время ~10-22 с., требующееся для пролета через ядро релятивистской частицы. При этом ядро-остаток остается в возбужденном состоянии. Возбуждение снимается путем распада остатка на фрагменты и “испарения” нуклонов и легких ядер. Измерение спектров нейтронов для разных ядер позволило определить кинематические области, в которых доминируют частицы, образованные в ГНЯР и в результате испарения. Измерения двухчастичных корреляций нейтронов, образующихся в разных энергетических диапазонах, позволили сделать вывод о том, что время протекания испарительного процесса значительно больше, чем время протекания ГНЯР.
Из флуктонной гипотезы глубоконеупругих ядерных реакций естественно вытекает предложение изучать флуктон-флуктонные взаимодействия в ядро-ядерных столкновениях высоких энергий. Подобно тому, как реакции взаимодействия частиц с флуктонами удобнее всего изучать в кинематически запрещенной для квазисвободных реакций области, Георгий Александрович предложил в первую очередь искать флуктон-флуктонные реакции в области, запрещенной для флуктон-нулонных взаимодействий. Было предложено измерять образование вторичных частиц с большими поперечными импульсами в ядро-ядерных столкновениях при достаточно высоких энергиях.