Достижения новосибирских теоретиков повысят точность экспериментов.
Предновогодняя пресс-конференция в Институте ядерной физики СО РАН стала традицией для новосибирских журналистов.
Обычно речь идет о новых установках, но в этом году отличились теоретики. Рассказывает заместитель директора ИЯФ СО РАН член-корреспондент РАН Иван Логашенко:
– Точность современных экспериментов дошла до такого уровня, что теоретические расчеты уже не позволяли интерпретировать результаты. Но группа под руководством профессора РАН Романа Ли предложила новый алгоритм вычислений. Один из ключевых экспериментов, который ведется на коллайдере ВЭПП-2000 в ИЯФ СО РАН, - измерение вероятности рождения пары пи-мезонов в электрон-позитронной аннигиляции.
Полученные данные определяют точность теоретического предсказания величины аномального магнитного момента мюона, с помощью которого проверяется Стандартная модель и ведется поиск Новой физики. Чтобы повысить точность измерения вероятности рождения пары пи-мезонов, физикам нужно провести нормировку этого процесса относительно какого-то известного параметра. И здесь хорошо подходит рождение мюон-антимюонной пары.
Сам процесс аннигиляции и рождения частиц в теории описывается через обмен ненаблюдаемыми виртуальными частицами, например, фотонами. Знаменитый физик-теоретик Ричард Фейнман придумал очень наглядный способ описания процесса обмена виртуальными частицами - с помощью диаграмм, получивших его имя. Когда рождается много виртуальных частиц, на диаграмме Фейнмана это изображается в виде замкнутых петель. Поэтому расчеты, в которых учитываются такие сложные процессы, называются петлевыми поправками.
Для достижения той точности, которая требуется нам в наших исследованиях, необходимо учитывать поправки, в которых есть две петли. А существовавшая до 2025 года точность вычислений находилась на уровне «однопетлевых» поправок. Благодаря разработанному группой Р.Ли алгоритму и основанному на нем новому «двухпетлевому» методу вычисления вероятности рождения мюон-антимюонной пары мы сможем в несколько раз повысить точность измерений в планируемых на ВЭПП-2000 экспериментах.
Стоит отметить, что результаты наших теоретиков интересны всем ученым, ставящим эксперименты на электрон-позитронных коллайдерах.
Он добавил, что работающий в институте коллайдер ВЭПП-2000 практически использовал свой ресурс для набора данных. Продолжение программы исследований требует модернизации детекторов. Кроме того, специалисты ИЯФ подготовили проект коллайдера с рекордной светимостью ВЭПП-6, который позволит продвинуться в изучении физики сильных взаимодействий.
На вопрос корреспондента «Поиска» о том, предусмотрено ли финансирование на эти новые проекты, Иван Борисович ответил, что модернизация детекторов ВЭПП-2000 осуществляется в рамках текущей научной программы, а вот на создание ВЭПП-6 требуются более значительные ресурсы и, соответственно, поддержка на федеральном уровне. Директор ИЯФ СО РАН академик Логачев добавил, что РАН выступила инициатором новой программы по изучению фундаментальных свойств материи. В рамках этой программы запланировано как развитие действующих установок, например, коллайдера NICA, так и создание новых, в частности, ВЭПП-6. Такие программы необходимы стране, чтобы оставаться на самом высоком мировом научно-техническом уровне.
С вышеупомянутой установкой NICA как раз связан еще один выдающийся результат: в 2025 году специалисты ИЯФ СО РАН и ОИЯИ РАН (Дубна) добились с помощью метода электронного охлаждения шестикратного увеличения интенсивности пучка ионов.
– Для любого эксперимента на коллайдере важна высокая концентрация частиц в пучке. Но непрерывно добавлять порции частиц невозможно - старые должны каким-то образом уплотняться, освобождая пространство для новых, - пояснил заместитель директора ИЯФ СО РАН академик Евгений Левичев. - Природа предусмотрела механизм сжатия легких частиц, электронов и позитронов - это явление называется синхротронным излучением, оно эффективно удаляет лишнюю энергию и уменьшает размер пучка. С тяжелыми частицами, такими как протоны и ионы, этот механизм не работает. В мире разработаны два способа сжатия пучков тяжелых частиц. Один из них был предложен основателем ИЯФ академиком Гершем Будкером и реализован его учениками. Принцип работы таков: в ускорителе движется пучок протонов и ионов, рядом с которым направляют пучок электронов, имеющий гораздо меньшую температуру.
Взаимодействуют горячая плазма ионов и холодный электронный газ. Ионы передают тепло холодным электронам, после чего покидают зону взаимодействия, оставляя за собой сжатый и охладившийся пучок протонов, ИЯФ СО РАН изготовил и поставил по всему миру два десятка систем электронного охлаждения. Но результат, полученный в Дубне, особенно важен: он достигнут с помощью первой системы охлаждения, установленной на российском коллайдере.
На применение в отечественных токамаках рассчитана и технология нагрева плазмы с помощью инжекторов усовершенствованной конструкции.
– В рамках федерального проекта «Технологии термоядерной энергетики» нам поручено разработать систему дополнительного нагрева термоядерной плазмы в токамаке ТРТ. В этом году ключевое достижение связано с успешным запуском прототипа инжектора высокоэнергетических частиц (на снимке), использующего пучок отрицательных ионов водорода и отличающегося от известных мировых аналогов. Ожидается, что готовая система обеспечит для российского токамака мощность пучков в 20 МВт, длительность воздействия 100 секунд и энергию в 0,5 мэВ. Этого достаточно, чтобы поддерживать стабильное состояние термоядерной плазмы. Созданный прототип станет основой инжектора. Параллельно разрабатывается плазменный нейтрализатор для конверсии отрицательных ионов в быстрые атомы, - рассказал заместитель директора ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Петр Багрянский.
Директор ИЯФ СО РАН добавил, что в 2025 году команда специалистов института под руководством П.Багрянского собрала и запустила первую российскую установку для бор-нейтронзахватной терапии (БНЗТ) рака в Национальном медицинском исследовательском центре им. Н.Н.Блохина, а также начала настраивать нейтронный пучок на терапевтические режимы, необходимые для генерации нейтронов нужного спектра. Планируется, что в 2026 году один из самых перспективных методов лечения тяжелых злокачественных опухолей, например, глиобластом головного мозга, выйдет на клинические испытания. Напомним, что ИЯФ СО РАН создал четыре установки БНЗТ, одна из которых успешно работает в Китае. Препараты для БНЗТ и методы лечения также разрабатываются в научных институтах и университетах Сибири.
– В начале 2026 года установку в НМИЦ им. Блохина должна принять организация, которая дает разрешения на клинические испытания. И мы вместе с медиками планируем выйти на полную готовность ускорительного комплекса к началу работы на терапевтических режимах, - резюмировал академик Логачев.
Ольга Колесова
Обложка: фото предоставлено пресс-службой ИЯФ СО РАН
