27 марта 2000 г. в ИЯФе для студентов 2 курса Физического Факультета НГУ была проведена лекция, дающая краткий обзор по направлениям работ института и проблемам современной физики микрочастиц. Вот краткий план лекции:

1. Аномальный магнитный момент мюона, как одно из последних открытий Физики Высоких Энергий, возможно подтверждающее неполноту или несостоятельность принятой сейчас Стандартной Модели.
2. Ускорители - ВЭППы, электронное охлаждение, датчики вибраций.
3. Радиофизика и Техническая Информатика - конструкции обеспечивающие работу ускорителей, СВЧ источники, установки для получения высокой точности выставления и измерения необходимых параметров, а также информационные системы управления.
4. Вопросы студентов.
5. Интересная задачка про инерциоид.

Сейчас физика находится в том же состоянии как и в конце 19-го века. Кажется что основные открытия сделаны и нужно только уточнить некоторые неясности. Создана Стандартная Модель хорошо описывающая физические явления. Но можно предположить, что сейчас ожидаются большие перемены в понимании физики, как это прозошло с классической теорией, дело за молодым поколением.

Недавно в америке на установке E821 Storage Ring был проведен опыт по измерению аномального магнитного момента мюона m=gm_BS, где m_B-магнитон Бора, S-спин. Дело в том что при взаимодействии мюона с электромагнитным полем (которое можно рассматривать как гамма квант), наблюдается отклонение гиромагнитного отношения g от стандартной двойки. Величина a=(g-2)/2 характеризует величину этого отклонения. При исследовании этих взаимодествий были введены поправки, объясняющие происходящий процесс. В первой (рис 1) предпологается что мюон на время взаимодействия излучаут фотон, который потом опять поглощает. Эта модель имеет хорошие теоретические расчеты. Во втором случае это может быть какая-то сильновзаимодействующая частица, где теоретический аппарат уже плох и дело стоит за экспериментальными исследованиями. Также из второй схемы можно предположить что момент окажется чувствителен к тяжелым частицам которые еще не известны. Установка, на которой бал проведен эксперимент, представляла собой накопительное кольцо из поворотного магнита с параметрами:

• Радиус кольца 7112 мм.
• Магнитное поле 1,45 Т.
• Апертура 9 см.
• Энергия 3,094 ГэВ.

В основе опыта лежало то, что частота прецессии спина мюона будет отличатся от частоты полного пробега частицы по кольцу. Схематически это зображено на рис. 3. Пучок поляризованных мюонов получают из распада пиона на 100% поляризованный нейтрино и, соответственно, мюон. Пионы генерируются мишенью, которая бомбандируется высокоэнергитичными (~10 ГеВ) протонами, вылетающими из протонного синхротрона. Мюон распадается на нейтрино, антинейтрино и позитрон (электрон), направление движения которого совпадает со спином распавшегося мюона. Поэтому направление спина измеряется по отсчету позитронов (электронов) вылетющих в данном направлении из пучка.

Опыты проведенные на разных установках и в разное время дали результат для a сильно отличающийся от теоретически предсказанного, что и является основным аргументом против Стандартной Модели.

В расчет отклонения входят известные взаимодействия, которые и исследуются в ИЯФ. Так при поляризации вакуума или столкновения электрона с позитроном образуются пионы p₊,p_- p_o, поэтому важно знать например их сечения взаимодействия, которые и измеряются на установках ИЯФ(ВЭПП-2М) и планируются измерятся при более высоких энергиях (ВЭПП-200).

Передовым шагом раннего ИЯФ было использование встречных пучков вместо мишени. Это позволило поднять энергию и сделать массу важных открытий в области микромира. Изначально сталкивали электроны с электронами и поэтому приходилось делать для каждого пучка отдельные кольца. При использовании позитронов эта необходимость отпала из-за их противоположного дважения в магнитном поле, правда сейчас опять стали делать отдельные колца и для позитронов. Еще одним революционным шагом в физике ускорителей было использование электронного охлаждения, что позволило сильно уменьшить сечение пучка, а значит увеличить его плотность. Сейчас электронное охлаждение широко применяется в установках по всему миру, в основном это ускорители электронов, протонов и тяжелых ионов. Принципиально охлаждение выглядит следующим образом (рис. 4): пучок "холодных" электронов пропускают параллельно основному пучку, происходит "теплообмен", и "нагретые" электроны отклоняются в коллектор.

Также в ИЯФе были сделаны датчики, позволяющие измерять вибрации амплитудой меньше атомных размеров. Например с помощью этих датчико можно фиксировать испытание ядерной бомбы на другой стороне Земли. Также ускорители находят применение в разных областях, например, в медецине - где был создан флюрографический аппарат с очень малой дозой облучения и позволяющий выводить изображение сразу на экран компьютера. Плюс к этому ведутся исследования по лечению раковых заболеваний облучением заряженными частицами. ИЯФ является одним из немногих мировых центров по физике ускорителей, что позволяет участвовать ему во многих крупных проектах других стран.

Для работы ускорителей требуются мощные источники питания, например СВЧ источники (~100 кВт, импульсный ~10 МВт). Все это требует исследований и разработки новых источников с более высокими параметрами.

Также для проведения передовых экспериментов и получения достаточно точных результатов требуется:

• Сверхвысокий вакуум.
• Точность высокого постоянного магнитного поля свыше 0,001%
• СВЧ поля.
• Контоль параметров пучка.
• Управление и контроль с помощью компьютеров.

Эти и многие другие трудности создали обширную базу в институте для разработки и развития областей Радиофизики и Технической Информатики.

В ИЯФе имеется также отделение физики плазмы. К сожалению, здесь оно представлено не будет, но там также много интересных и важных вещей, которые следует решатьи развивать.

В заключении для проверки студентов на знание электродинамики была предложена интересная задача про инерциоид. "Для полета на Марс был сооружен корабль следующей конструкции (рис 5). В витке сверпроводника создается меняющийся ток, формирующий переменное магнитное поле, которое в свою очередь создает вихревое электрическое поле. Это поле действует на заряженные пластины конденсатора, помещенного внутрь витка, в одном направлении, что и разгоняет корабль."