Версия для печати
Вернуться к списку

Нестандартные решения

Представитель замечательной плеяды первого выпуска физико-технического факультета МГУ (ныне МФТИ), Л. М. Барков еще студентом второго курса начал работать в Ускорительной лаборатории ЛАН-2, переименованной впоследствии в ЛИПАН, а ныне известной всему миру как Институт атомной энергии имени И. В. Курчатова. Впоследствии он перешел в сектор чл.-корр. АН СССР И. И. Гуревича, к которому на всю жизнь сохранил глубокое уважение и обращение как к Учителю.

Интересы Льва Митрофановича в это время были связаны с измерением энергетических спектров нейтронов деления изотопов урана и плутония и изучением их замедления и диффузии в уран-водных системах. Эти работы были частью проекта строительства уран-водных ядерных реакторов для атомных электростанций, подводных лодок и ледоколов. Они были открыты для печати только в 1955 году и доложены Л. М. Барковым, по-видимому, самым молодым участником, на I Международной конференции по мирному использованию атомной энергии в Женеве.

В это же время в круг научных интересов Льва Митрофановича входят эксперименты с частицами высоких энергий. С 1952 года до конца пятидесятых он участвует в работах по изучению рождения и взаимодействий медленных пионов на фазотроне и синхроциклотроне в Дубне. В основанных на эмульсионной методике экспериментах впервые был обнаружен кулоновский сдвиг спектров заряженных пионов.

Изучение физики взаимодействий пионов и каонов было продолжено в экспериментах с пропановой пузырьковой камерой в импульсном магнитном поле. Постановка этих экспериментов, как, впрочем, и вся деятельность физиков-экспериментаторов, требовала массы «черной» работы и нестандартных технических решений. Яркий пример этого — изготовление установки для просмотра снимков — для нее была разработана технология производства диффракционных решеток на фотоэмульсионных пластинках с шагом 20 мкм и длиной более 20 см — простое, надежное и очень дешевое решение, что характерно для всей деятельности Л. М. Баркова (и исключительно актуально в нынешних условиях существования российской науки!). Такие же простые и нестандартные решения были найдены и при изготовлении необходимой электроники.

Новый период научной деятельности Л. М. Баркова начался в 1967 году, после приглашения Андреем Михайловичем Будкером в недавно созданный Институт ядерной физики СО АН СССР. Здесь он продолжает работы по изучению структуры гиперонов. Предложенный им эксперимент по измерению магнитного момента сигма-минус-гиперона на выведенном из накопителя ВЭПП-3 пучке электронов базировался на использовании предельно достижимых магнитных полей напряженностью порядка 1 МГс. Для этих целей использовались новейшие на тот момент разработки по методике взрывомагнитных генераторов. Импульсные магнитные поля в этих экспериментах измерялись по углу поворота плоскости поляризации света в тяжелых флинтах. В качестве мишени использовался твердый водород, а продукты распада гиперонов регистрировались ядерной фотоэмульсией. В дальнейшем эта методика применялась также в экспериментах по измерению магнитного момента лямбда-гиперона на Серпуховском ускорителе c протонами энергии 70 ГэВ . Было также измерено сечение рождения антипротонов при взаимодействии протонов высокой энергии с различными ядрами, что являлось актуальной задачей в связи со строительством протон-антипротонного коллайдера в ЦЕРНе.

Л. М. Барков стал одним из инициаторов строительства в ИЯФ СО АН СССР электрон-позитронного коллайдера ВЭПП-2М — установки с энергией пучков в системе центра масс от 2×180 МэВ до 2×700 МэВ и светимостью до 3×1030 см-2с-1. Для экспериментов на этом коллайдере под его руководством создавался первый в СССР криогенный магнитный детектор (КМД) с магнитным полем, создаваемым сверхпроводящим соленоидом и оптической искровой камерой, работающей при криогенных температурах и повышенном давлении. При создании детектора ярко проявились замечательные черты Л. М. Баркова как ученого и организатора — в институте не было сотрудников, которые бы имели необходимый опыт работы со сверхпроводимостью, низкой температурой, только что появившимися пропорциональными камерами, и Лев Митрофанович привлекает к этой работе молодых физиков, еще сидящих на студенческой скамье. Построенный детектор обладал рекордными рабочими параметрами, были проведены измерения масс и ширин легких мезонов, а весь цикл прецизионных экспериментов был отмечен Государственной премией СССР. Одним из важных результатов работ по созданию КМД стал накопленный опыт создания больших сверхпроводящих устройств, а также появившаяся база для получения жидкого гелия в институте, что впоследствии было с успехом использовано при изготовлении знаменитых «сибирских»«змеек, ондуляторов и соленоидов новых поколений детекторов.

Одновременно с изготовлением детектора КМД Л. М. Барков ставит на ВЭПП-2М эксперимент по прецизионному измерению массы заряженного каона. Импульс каонов, рождающихся в реакции e+e– — K+K–, измерялся по пробегу в фотоэмульсионной стопке. Для измерения энергии пучка применялся разработанный в ИЯФ метод резонансной деполяризации.

В середине семидесятых годов Л. М. Барков загорелся идеей использования рентгенофлуоресцентного элементного анализа с помощью синхротронного излучения для поиска островка стабильных сверхтяжелых элементов. С его участием был спроектирован и изготовлен первый в мире двадцатиполюсный сверхпроводящий вигглер, позволивший получить пучок рентгеновского синхротронного излучения мощностью 1,2 кВт, что соответствовало увеличению яркости источника в рентгеновском диапазоне в 200 раз! Параллельно с работами по созданию источника излучения было изготовлено уникальное экспериментальное оборудование для рентгенофлуоресцентного анализа, повысившее чувствительность метода еще в 100 раз. Несмотря на то, что сверхтяжелые элементы не были найдены, работы Л. М. Баркова внесли существенный вклад в развитие технологии генерации синхротронного излучения и его использования в стране.

Период 70-80-х годов оказался исключительно насыщенным — в 1974-1978 гг. Л. М. Барков совместно с М. С. Золотаревым ставит эксперимент, в котором было открыто вращение плоскости поляризации света в парах атомарного висмута. Поворот плоскости поляризации указывал на существование слабого взаимодействия электронов с нуклонами, обусловленного нейтральными токами. Наблюдаемый эффект составил 7×10-7 радиана, что в тысячи раз меньше множества фоновых вкладов. Для его регистрации пришлось придумать и воплотить в железе множество принципиально новых решений, часть из которых была впоследствии защищена международными патентами. Это наблюдение явилось одним из краеугольных камней в фундаменте Стандартной Модели.

Эксперименты с КМД еще не успели закончиться, когда Л. М. Барков с сотрудниками приступили к разработке нового универсального детектора, получившего название КМД-2. Этот детектор содержал все системы, характерные для современных установок такого типа — сверхпроводящий соленоид, дрейфовую камеру струйного типа, электромагнитый калориметр на основе кристаллов CsI в цилиндрической части и кристаллов BGO в торцах детектора и систему идентификации мюонов на основе трубок с ограниченным стримерным разрядом. Новый детектор был установлен на пучок накопителя ВЭПП-2М в 1991 году и эксперименты с ним продолжались до 2000 года. Получено множество новых данных по редким распадам легких векторных мезонов, в том числе по радиационным распадам Ф-мезона на фотон и скалярный мезон — распадам, которые должны дать ответ на вопрос о возможной четырехкварковой структуре f0-мезона. Впервые зарегистрирован распад Ф-мезона на эта-штрих,гамма — его вероятность в сильной степени зависит от того, насколько велика роль глюонов в формировании внутренней структуры эта-штрих-мезона. Также, как и выяснение структуры f0-мезона, определение доли глюонов внутри эта-штрих-мезона принципиально важно для дальнейшего развития квантовой хромодинамики — современной теории сильных взаимодействий.

Еще один класс экспериментов на КМД-2, — значимость которых для современной физики элементарных частиц трудно переоценить, это прецизионные измерения сечения электрон-позитронной аннигиляции в адроны. С одной стороны, они позволяют детально изучать динамику взаимодействия кварков и, тем самым, помогают развитию КХД, а с другой — являются едва ли не единственным надежным источником информации для расчетов таких фундаментальных параметров теории, как значение бегущей константы тонкой структуры или величины вклада адронной поляризации вакуума в аномальный магнитный момент мюона. И та, и другая величины принципиально важны — величина постоянной тонкой структуры используется для определения массы хиггсовского бозона, а Брукхэйвенский эксперимент по измерению аномального магнитного момента мюона является важнейшем шагом в развитии концепции суперсимметричных взаимодействий.

Развитие экспериметальной физики элементарных частиц шло таким образом, что диапазон энергий между энергиями 1,4 ГэВ (максимальная энергия ВЭПП-2М) и 3 ГэВ (масса жи/пси-частицы) оказался очень слабо изученным. В то же время, известно, что он обильно заселен резонансами, исследование которых может преподнести множество сюрпризов. Для экспериментов в этой области энергий в ИЯФ СО РАН сейчас строится электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2000 с энергией пучков в системе центра масс до 2 ГэВ и светимостью 1032 см-2с-1. Для экспериментов на этом коллайдере создается новый детектор КМД-3. Главные действующие лица в строительстве установки — ученики Льва Митрофановича, яркие лекции и личное влияние которого помогли войти в физику нескольким поколениям студентов Новосибирского университета. Они пришли со своими идеями, своими представлениями о том, «что такое хорошо и что такое плохо», но в каждой системе детектора имеются «изюминки», появившиеся в результате кропотливого труда и неиссякающего энтузиазма учителя. А Лев Митрофанович по-прежнему активно участвует в жизни института и лаборатории, всем своим опытом помогая решать каждодневные задачи экспериментальной физики.