К 80-летию НИЯУ МИФИ: Идеи Бориса Долгошеина продолжают жить

В опубликованном недавно обновленном списке самых цитируемых ученых мира от издательства Elsevier среди сотрудников НИЯУ МИФИ упоминается и бывший заведующий кафедрой физики элементарных частиц Борис Долгошеин, хотя Бориса Анатольевича не стало в 2010 году. Библиография Бориса Долгошеина насчитывает более 500 научных работ. В преддверии 80-летия университета стоит вспомнить о заслугах этого выдающегося ученого и о том, как продолжаются сегодня начатые им исследования.  

Борис Анатольевич Долгошеин

Главным интересом Бориса Долгошеина была физика высоких энергий, и среди важнейших его заслуг – участие в создании прибора для регистрации треков высокоэнергетических частиц, так называемой стримерной камеры. За эту разработку в 1970 году Борис Анатольевич в числе других ученых получил Ленинскую премию. Самая большая в мире 8-метровая стримерная камера была собрана под руководством Долгошеина на территории МИФИ, а затем установлена на ускорителе У-70 в подмосковном Протвино – на тот момент самом мощном ускорителе в мире. Целью этого проекта было открытие теоретически предсказанной одной из самых фундаментальных элементарных частиц, W-бозона. К сожалению, советскому ускорителю чуть-чуть не хватило энергии для этого открытия: он разгонял протоны до 75 гигаэлектронвольт (ГэВ), а для открытия новой частицы (за что зарубежные учёные впоследствии получили Нобелевскую премию) требовалось 80 ГэВ.

Еще одной важной разработкой под руководством Бориса Долгошеина стала целая технология детекторов переходного излучения, интенсивно используемая в настоящее время в экспериментах в физике высоких энергий. Наиболее ярким ее представителем является «Детектор переходного излучения – трекер» на основе так называемых straw – трубок тонкостенных пластиковых цилиндрических пропорциональных детекторов. Команда Долгошеина разработала и изготовила детектор, имеющий в составе около 500 тысяч straw: в течение 15 лет он безотказно работает в международном эксперименте «АТЛАС», проводимом в Европейском центре ядерных исследований (Швейцария). По словам давнего сотрудника Бориса Долгошеина, доцента ИЯФиТ Валерия Сосновцева, прибор объединил в себе несколько уникальных ноу-хау, разработанных в МИФИ: многослойную пленку с рекордной радиационной стойкостью, высоковольтные предохранители и пр. Именно благодаря ему МИФИ смог стать участником этой международной коллаборации, с которой эффективно сотрудничает до сих пор.

Детектор АТЛАС (ЦЕРН)

Группа специалистов МИФИ под руководством Бориса Долгошеина была в числе первых коллективов России, успешно разрабатывавших так называемые Si-ФЭУ, детекторы, обладающие чувствительностью к отдельным фотонам. Тот стремительный успех, с которым Si-ФЭУ завоевывают рынок потребностей в фотодетекторах, вытесняя обычные вакуумные ФЭУ, в большой степени обязан работам Долгошеина.

Созданная в МИФИ стримерная камера была основана на эффекте генерации высоковольтным импульсом микроразрядов вдоль треков элементарных частиц высокой энергии в благородных газах. В рамках методических исследований этой технологии Борис Долгошеин выдвинул идею использовать вместо газовой рабочей среды жидкие благородные газы. В ходе исследований оказалось, что в жидкостях стримерный разряд организовать очень трудно, зато можно с помощью электрического поля извлекать электроны ионизации из благородных жидкостей в равновесную газовую фазу с помощью электрического поля и там их регистрировать с помощью искрового разряда. Действующая двухфазная эмиссионная стримерная камера была создана в МИФИ и испытана в 1970-х годах на протонном синхротроне Института теоретической и экспериментальной физики в Москве. Испытания показали, что двухфазный эмиссионный метод регистрации элементарных частиц весьма перспективен для регистрации частиц с аномально низкой ионизирующей способностью, включая частицы гипотетической тёмной материи и нейтрино.

Сегодня технология двухфазных эмиссионных детекторов активно используется во всем мире в международных экспериментах по поиску темной материи. Как технология регистрации нейтрино с помощью упругого когерентного рассеяния нейтрино на тяжёлых ядрах (этот эффект был открыт в 2017 году) методика оказалась в сотни раз более чувствительной, чем используемая в настоящее время технология на основе эффекта обратного бета-распада. В 2010 году на полученный от Правительства России мегагрант при НИЯУ МИФИ была создана межкафедральная лаборатория экспериментальной ядерной физики (ЛЭЯФ), в которой под руководством Александра Болоздыни разрабатывается нейтринный детектор нового поколения для контроля за состоянием активной зоны ядерных реакторов с целью повышения безопасности атомной энергетики и поддержания международных программ по нераспространению ядерного оружия.

Александр Болоздыня на фоне детектора RED-100

Созданный в ЛЭЯФ детектор РЭД-100 благодаря поддержке концерна «Росэнергоатом» прошел первый этап испытаний на Калининской АЭС в 2021-2022 году и в настоящее время проходит модернизацию в НИЯУ МИФИ. Детектор оказался слишком чувствительным к одноэлектронным шумам, порождённым космическими мюонами, и задача ученых сегодня – найти способ отфильтровывать этот шум. Работа поддержана грантом Российского научного фонда.

Школа физики элементарных частиц в НИЯУ МИФИ продолжает успешно развиваться.