​Объявлены лауреаты научных премий за 2016 год, учрежденных Американским физическим обществом.

 Да-да, именно за 2016-й - эти заокеанские физики немножко живут в будущем. Премию Роберта Вильсона за выдающиеся достижения в физике ускорителей заряженных частиц получит новосибирский ученый, заведующий лабораторией Института ядерной физики СО РАН Василий Пархомчук. Формулировка такая: "за решающий вклад в экспериментальное и теоретическое развитие метода электронного охлаждения и за достижение целевых параметров работы электронных охладителей для ускорителей в научных лабораториях по всему миру". Разработанные Пархомчуком технологии применяются как для изучения физики частиц (например, на Большом адронном коллайдере), так и в медицине (для лечения рака) и прочих прикладных областях.


Идея охлаждать пучки протонов впервые пришла в голову - еще в 1960-е годы - академику Гершу Будкеру, создателю Института ядерной физики в Новосибирске. Чем ниже температура пучка, тем выше его плотность, а значит, больше количество столкновений частиц в ускорительном кольце. Суть метода состояла в том, чтобы запускать на участок охлаждения совместно с протонным пучком электронный, который движется почти с той же скоростью, но намного холоднее и будет забирать тепло у протонов.

Василий Пархомчук -член-корреспондент РАН, специалист в области физики ускорителей и накопителей заряженных частиц. С 1969 года работает в Институте ядерной физики Сибирского отделения Российской академии наук; преподает в Новосибирском государственном университете. Его исследования связаны с методом электронного охлаждения пучков заряженных частиц, а также с динамикой частиц в линейных и циклических коллайдерах. Автор работ по проектированию первого в России ускорительного сверхчувствительного масс-спектрометра для проведения комплексных исследований в геологии, экологии, археологии и лимнологии.

В ходе экспериментов, которые начал Будкер, а продолжил Василий Пархомчук с коллегами, пучок протонов с температурой в несколько миллионов градусов удалось охладить почти до абсолютного нуля (-272 о С).

-- Василий Васильевич, а сможете объяснить непосвященным, как можно за секунды охладить что-то в миллион раз?

-- Понимаете, частицы очень маленькие, а расстояния между ними относительно их самих большие, поэтому разность температур может быть огромной. Например, температура катода, из которого вылетают электроны, +1 000 ºС. И эту температуру имеют частицы, которые очень быстро крутятся по кольцу диаметром в одну сотую миллиметра. Но это их внутренняя температура, а если смотреть снаружи на быстро крутящееся кольцо электронов, видно, что это крошечное зернышко движется вперед очень медленно и, соответственно, имеет низкую температуру.

--  Все-таки сложно представить, как один и тот же объект одновременно имеет температуру +1 000 и -272 ºС.

Вспоминается шутка Льва Ландау: "Только идиоты рассматривают женщину в электронный микроскоп". Температура объекта - это скорость его движения. Если он движется медленно, он холодный, и нам абсолютно неважно, что там у него внутри. Для нас, сидящих, допустим, на пучке протонов, он практически недвижим. Летящие среди этих сонных электронов протоны остывают с плюс миллиона градусов до -272.

В природе таких разностей температур сколько угодно. Взять ту же ледяную комету - ее лед намного ниже нуля по Цельсию, но она летит с такой скоростью, что, если ее остановить и вся тепловая энергия выделится, произойдет страшный взрыв. Или, допустим, космонавты в корабле летят с огромной скоростью, но температура их тела все те же 36,6 ºС .

--За сорок лет вы сделали семь разных установок электронного охлаждения. Не боитесь превратиться в производство?

-- Ключевое слово "разных", это не серийное производство. Мне кажется, что разделение на чистую науку и прикладные задачи придумали те, кто не сделал в своей жизни ничего полезного. Эксперимент создает условия для открытий. Наша первая установка охлаждала протонный пучок и больше ничего не умела. Для Китая сделали систему охлаждения тяжелых элементов вплоть до урана. Сейчас они охлаждают углерод для лечения онкологии. Для Большого адронного коллайдера - многозарядный свинец.

Сейчас в Дубне строят большой коллайдер "Ника", где будут сталкивать ионы золота. Мы сделали охладитель для их бустера - промежуточного ускорителя. Интересно, что в Европе для этих целей используют свинец, а в США золото. Видимо, это заложено в характере. Россия пошла по американскому пути. Но лично мне самыми интересными кажутся сейчас ускорительные кольца не со встречной инжекцией - где частицы не сталкиваются, а догоняют друг друга.

-- И что с ними происходит, когда догоняют?

-- Их ядра сливаются, образуя сверхтяжелые холодные частицы - изотопы. Точнее, сначала они получаются очень горячими, потому что мы пропускаем их через фольгу, чтобы ободрать электроны. На орбитах у золота около 90 электронов, и с ними атомы сливать неудобно - каша получается. А так они все на фольге остаются.

Интересно заставить эти получившиеся изотопы жить дольше, чем доли секунды. Это большая и почти неизведанная область науки. Стабильных изотопов, живущих несколько дней, очень мало. Немногим больше тех, что существуют секунды и минуты, а еще неизученных около десяти тысяч. Зачем, казалось бы, тратить ресурсы на то, чтобы посмотреть какие-то изотопы? Но изотопы кислорода, углерода, фтора, живущие всего 20 минут, стали основой передового метода диагностики ПЭТ - позитронно-эмиссионной томографии.

Мы обсуждали это недавно с академиком Юрием Оганесяном (соавтор открытий тяжелых элементов таблицы Менделеева) из ОИЯИ в Дубне. Может быть, получится договориться, чтобы нам позволили проводить такие эксперименты на "Нике". А может, придется строить для этого отдельный небольшой ускоритель. Это будут решать в декабре на большом годичном собрании РАН.

Источники

Охладить летящую частицу
Кот Шрёдингера (kot.sh), 03/12/2015

Похожие новости

  • 30/04/2019

    Александр Бондарь — о мезонах, кварках, балансе частиц и античастиц во Вселенной

    ​В конце марта коллаборация LHCb (ЦЕРН) объявила об обнаружении нарушения симметрии между свойствами материи и антиматерии (СP-cимметрии) в распадах D0-мезонов. В коллаборацию входит несколько российских институтов, в том числе Институт ядерной физики им.
    922
  • 29/10/2019

    Новосибирский ученый – автор новаторских работ в области лазеров на свободных электронах

    Американское физическое общество (APS) избрало своим почетным членом заведующего лабораторией Института ядерной физики (ИЯФ) им. Г. И. Будкера СО РАН, члена-корреспондента РАН Николая Винокурова — за новаторскую теоретическую и экспериментальную работу в области лазеров на свободных электронах.
    294
  • 04/09/2019

    13-й Международный семинар памяти В. П. Саранцева

    ​C 3 по 8 сентября 2019 г. в пансионате Объединенного института ядерных исследования «Дубна» в г. Алушта проходит 13-й Международный семинар по проблемам ускорителей заряженных частиц, посвященный памяти Владислава Павловича Саранцева.
    435
  • 16/04/2019

    Как синхротронное излучение помогает науке

    ​Половина Нобелевских премий в молекулярной биологии за последние 20 лет отдана синхротронному излучению (СИ). Ученый Анатолий Снигирев рассказал, как получают рентгеновские лучи необходимых параметров и в чем преимущество проектов источников СИ четвертого поколения, реализуемых в России.
    536
  • 21/02/2018

    Институт ядерной физики СО РАН отмечает 60-летний юбилей

    ​​​60 лет назад в этот день вышло постановление Совета министров СССР о создании в Новосибирске Института ядерной физики. И по сей день это подразделение Академии наук – одно из самых крупных и самых успешных.
    2667
  • 22/05/2017

    Академик Александр Асеев о буднях самого жизнеспособного отделения РАН

    ​​Сибирское отделение Российской академии наук в эти дни отмечает 60-летие со дня основания. 18 мая 1957 года по инициативе академиков М.А. Лаврентьева, С.Л. Соболева​, С.А. Христиановича вышло постановление Совета министров СССР №564, положившее начало научному центру, ставшему крупнейшим в стране.
    1517
  • 06/04/2018

    Павел Логачев: «Как правило, мы специализируемся на том, что никто никогда не делал»

    ​Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) можно считать не только крупнейшим академическим институтом страны и одним из ведущих мировых центров в области физики высоких энергий, но и одним из самых коммерчески эффективных институтов СО РАН.
    1033
  • 20/04/2018

    Академик Николай Добрецов: сейчас появляется серьезная ставка на науку

    ​Академик Николай Добрецов занимал пост председателя Сибирского отделения РАН с 1997 года по 2008 год. Наследник Валентина Коптюга активно занимался развитием отечественной науки с 50-х годов XX века.
    1428
  • 15/12/2016

    Директор ИЯФ СО РАН Павел Логачёв об ответственности академика, коллайдерах и Нобелевских премиях

    Для доктора физико-математических наук Павла Логачёва последние два года отмечены важными вехами в карьере. В 2015 году он стал третьим по счёту после Герша Будкера и Александра Скринского директором Института ядерной физики СО РАН — крупнейшего академического института России.
    4641
  • 07/06/2016

    Академик Александр Асеев: что мешает движению нашей науки

    На днях в Новосибирске откроется Международный форум технологического развития “Технопром-2016”. Среди основных вопросов - новые горизонты развития российской науки и реализация ее разработок в российской промышленности.
    2446