При беглом знакомстве с Лабораторией нейтронной физики в Дубне создаётся впечатление, что здесь занимаются исключительно прикладными исследованиями. А ведь Объединённый институт - это институт фундаментальной науки. Противоречие налицо.
И всё-таки одно фундаментальное открытие, которое можно отнести исключительно к 'чистой' науке, на счету ЛНФ есть. Оно внесено в Государственный реестр открытий СССР под номером 171. Формула открытия гласит: 'Теоретически предсказано и экспериментально установлено неизвестное ранее явление удержания медленных нейтронов внутри объемов, стенки которых обеспечивают полное внутреннее отражение нейтронов'.
Сухая, предельно лапидарная констатация факта.
Раскрыть её содержание помог один из авторов открытия, ведущий научный сотрудник ЛНФ А. В. Стрелков. Восемь лет назад, открывая цикл 'История открытий - от первого лица', он дал исторический обзор и самого открытия, и того что ему предшествовало, и того что было после. Себя он позиционировал, впрочем, как третье лицо, а первым назвал своего учителя, заместителя директора ЛНФ в 1959-1972 гг. Ф. Л. Шапиро. Александр Владимирович рассказчик замечательный, он может рассказывать часами, а если о своём учителе, то сутками. Конечно, если бы не Фёдор Львович, никакого открытия не было. То есть, его бы, конечно, сделали, но совсем другие люди и совсем в другом месте. Но обо всём по порядку. Рассмотрим открытие N 171 в контексте развития всей ядерной науки. Для начала вспомним, как был открыт нейтрон.
О существовании незаряженной частицы с массой примерно равной массе протона догадался ещё Э. Резерфорд в начале 20-х годов. Эта гипотеза простым и естественным образом объясняла существование изотопов. Резерфорд представлял нейтрон как связанное состояние протона и электрона; не имея заряда, эта частица могла бы свободно проходить через вещество. В 1930-32 годах излучение с высокой проникающей способностью действительно было обнаружено, причём, несколькими экспериментаторами, и только Дж. Чадвик, ученик Э. Резерфорда, понял, что это те самые частицы, о которых говорил Резерфорд.
В то время ядерная физика развивалась стремительно. Уже два года спустя выяснилось, что в отличие от быстрых нейтронов медленные (в другой терминологии - тепловые) нейтроны активно поглощаются атомными ядрами. За открытие этого эффекта Э. Ферми в декабре 1938 года получил Нобелевскую премию, и в том же декабре немецкие радиохимики О. Ган и Ф. Штрассманн открыли деление ядер урана под действием медленных нейтронов. Дверь в ядерный век была открыта.
Пропустим 20 лет и шагнём сразу в 1959 год, когда нейтроны в очередной раз открылись новой своей стороной. Я. Б. Зельдович, один из локомотивов Атомного проекта, посылает статью в ЖЭТФ, в которой на языке математики доказывает, что очень медленные (ультрахолодные) нейтроны способны многократно отражаться от стенок, и их можно хранить в ограниченном объёме. Статью вежливо прочитали. Это на бумаге, а как на опыте? Никто не бросился проверять. Отражаются - ну и что? Можно хранить, но зачем?
Всё изменилось в августе 1964-го. Место действия - Дубна, международная конференция по физике высоких энергий, доклад будущих нобелевских лауреатов В. Фитча и Дж. Кронина. Речь шла о ка-мезонах. В середине 50-х эти частицы разбили представления о пространственной и зарядовой симметриях. Оказалось, что ка-мезоны различают правый и левый поворот и чувствительны к изменению заряда на противоположный. Физикам удалось поправить скособоченный мир с помощью комбинированной симметрии, и вот теперь оказалось, что ка-мезоны нарушают и её. А это в свою очередь означает нарушение симметрии времени. Мы привыкли к тому, что есть необратимые процессы, есть второе начало термодинамики, и время не течёт вспять, но в механике все процессы обратимы, и будущее не отличается от прошлого. Эксперименты американских физиков показали, что для ка-мезонов это не так. Это был шок. Что может означать анизотропия времени? Великая загадка XX века. В чём ещё, кроме поведения ка-мезонов, она проявляется?
Как следует из теории, одним из проявлений нарушения комбинированной симметрии является ненулевой электрический дипольный момент (ЭДМ) какой-либо из элементарных частиц. Ф. Л. Шапиро решил померить ЭДМ нейтрона. Давайте посмотрим, как этот человек шаг за шагом шёл к намеченной цели.
Для начала надо было замедлить нейтроны до скорости пешехода, что соответствует тысячной доли градуса по абсолютной шкале (отсюда ультрахолодные). Тогда сработает предсказание Я. Б. Зельдовича, и пока нейтроны будут отражаться от стенок, у экспериментатора есть в запасе 14 минут (среднее время жизни нейтрона в свободном состоянии) для измерений. Самый подходящий источник нейтронов - это достаточно мощный реактор. Поездив по стране, Ф. Л. Шапиро понял, что никому это неинтересно, и решил делать всё на родном ИБР-1, средняя мощность которого составляла нескольких киловатт. Теперь требовались соавторы, конкретнее - золотые руки. А. В. Стрелков хорошо помнит, как Фёдор Львович выловил его в коридоре, пригласил в кабинет и начал призывать к энтузиазму. В результате второго призыва авторский коллектив пополнился опытным физиком и скромным человеком В. И. Лущиковым. Четвёртым участником эксперимента стал аспирант Института химической физики Ю. Н. Покотиловский. Плюс три механика, которых уговорили повременить с отпусками.
Оставалось последнее препятствие. Наступило лето, а в конце июля планировалась остановка реактора. Это был давно решённый вопрос, реактор нуждался в модернизации. Фёдор Львович попросил отложить остановку реактора на две недели. Главный инженер глухо возражал, Илья Михайлович как директор выступил категорически против: 'Через год закончится реконструкция, тогда и вернётесь к этой проблеме. Блицкригов в науке не бывает'.
Оказалось, бывает. Шапиро настоял, и реактор включили в опасном режиме редких вспышек. Всё было сделано за две недели. В конце июля начался эксперимент, а в начале августа из общего спектра были выделены и зарегистрированы ультрахолодные нейтроны. Время жизни нейтронов 'в заточении' оказалась существенно меньше, чем на свободе, но эффект многократного отражения от стенок был налицо. Тут же, по горячим следам, послали статью в журнал. И, как оказалось, вовремя: вслед за дубненской публикацией, каких-то полтора месяца спустя пришло сообщение из Германии о том, что там получили такой же результат. Но приоритет остался за Дубной. Фёдора Львовича избрали в Академию наук, а Илье Михайловичу подарили запаянную консервную банку из-под зелёного горошка с этикеткой: 'Ультрахолодные нейтроны. Срок хранения 14 минут'.
После Ф. Л. Шапиро его ученики продолжали заниматься ультрахолодными нейтронами. В 1976 году В. И. Лущиков нашёл им новое, неожиданное применение. На конференции в США он предложил эксперимент, наглядно демонстрирующий энергетические уровни нейтрона в гравитационном поле Земли. Когда он закончил своё выступление, к нему подошёл Ю. Вигнер, сподвижник и коллега Э. Ферми, и предложил срочно опубликовать сообщение в 'Physical today'. В 1999 году в Гренобле этот красивый эксперимент поставил В. В. Несвижевский, ученик учеников Ф. Л. Шапиро.
Исследования с ультрахолодными нейтронами продолжаются и по сей день. Техника эксперимента достигла невероятного: кинетическая энергия ультрахолодных нейтронов столь мала, что её едва хватает подняться в поле тяготения Земли на толщину человеческого волоса. Нейтроны ползают по дну кастрюли практически в двух измерениях! А вот цель, ради которой занялись ультрахолодными нейтронами, так и не достигнута. ЭДМ нейтрона пока не обнаружен. Ищите, говорили теоретики, должен быть. И экспериментаторы искали, из года в год повышая точность измерений, боролись за каждый порядок. Наконец погрешность измерений стала ниже предсказанной для ЭДМ величины. В пределах погрешности получили ноль. Теоретики подумали - и накинули ещё шесть порядков. И предсказанная величина ЭДМ уменьшилась в миллион раз. Во столько же раз нужно повысить точность измерений. А это ещё одна жизнь. И ещё один сюжет из жизни экспериментаторов, поведанный ведущим научным сотрудником Лаборатории нейтронной физики А. В. Стрелковым.
Ультрахолодные нейтроны в представлении Фариды Газизовой, внучки одного из старых друзей А. В. Стрелкова.
![[]](/img/r/rastorguew_a_a/ucn/strelkowilushikow.jpg)
![[]](/img/r/rastorguew_a_a/ucn/uhn.jpg)
![[]](/img/r/rastorguew_a_a/ucn/shapiro.jpg)