Л.Г.Деденко ИДЕИ, КОТОРЫЕ РАБОТАЮТ

1. О распределении на ядерное отделение.

В середине 50-х годов распределение студентов физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова на ядерное отделение проводилось в конце 2-го семестра. На 2-м курсе повышенная стипендия на этом отделении примерно соответствовала средней по стране зарплате и почти вдвое превышала уровень её на других отделениях. Естественно, для многих ядерное отделение было привлекательным и само по себе. Поэтому был конкурс, который способствовал притоку в ядерную физику энергичных и способных студентов. Распределение же по кафедрам и выбор научного руководителя происходили на 3-ем и 4-ом курсах, как и на остальных отделениях физического факультета. Деканом факультета с 1954 г. стал профессор Фурсов В.С., который был назначен после письма комсомольской конференции факультета в ЦК партии с предложениями о совершенствовании учебного процесса на факультете (инициаторами этой идеи с письмом были фронтовики, которые в то время обучались на факультете). Для преподавания на факультет были приглашены академики Н.Н.Боголюбов, Л.Д.Ландау, М.А.Леонтович и многие другие авторитетные учёные с мировым именем.

2. Выбор научного руководителя.

Среди студентов-ядерщиков было много таких, которые работали в экспедиции на Памире. Они рассказывали об исследованиях космических лучей, которые там проводились, о сказочных горах, о пограничниках. Поэтому когда мне и моему товарищу И.С.Алексееву преподаватели ядерного практикума И.В.Ракобольская и Е.А.Мурзина сказали, что молодой талантливый профессор Г.Т.Зацепин приглашает студентов для работы в области теории космических лучей, мы долго не раздумывали и пришли к нему на собеседование. В результате мне досталась тема, связанная с развитием широких атмосферных ливней (ШАЛ) в атмосфере, а моему другу – проблемы взаимодействия мюонов с веществом. В своей дипломной работе И.С.Алексеев рассмотрел различные процессы взаимодействия мюонов в веществе и особое внимание привлёк к процессу генерации мюоном пар электронов и позитронов. Совместная публикация Георгия Тимофеевича и Игоря Алексеева на международной конференции по космическим лучам в Москве в 1959 г. на эту тему стала одной из самых цитируемых работ по мюонной тематике и на многие десятилетия определила предмет как теоретических, так и экспериментальных исследований. Однако мюонная тема – предмет отдельной статьи. Нельзя не отметить только поразительную интуицию Георгия Тимофеевича: поиск аномальных взаимодействий мюонов возможен в рамках анализа энергетического спектра мюонов и для оценки энергии мюонов можно использовать потери на генерацию пар (идея парметра). Именно в этом направлении в основном и развивалась мюонная тематика космических лучей.

3. Дипломная работа и диссертация.

Обычно Георгий Тимофеевич приглашал нас с Игорем к себе домой в корпус К. После краткого нашего отчёта о проделанной работе следовали подробные разъяснения существа физических процессов и предложения по постановке различных возможных задач. Что нам дало общение с Георгием Тимофеевичем? Мы постепенно понимали, что в сложном явлении можно выделить его главную, характерную особенность. Пренебрегая второстепенными деталями, учились постановке задачи, когда возможно её решение в рамках доступных средств, решали эти задачи и проводили анализ решения, оценивали его погрешность. У Георгия Тимофеевича мы учились ясно излагать существо проблемы и представлять результаты в виде всем понятных графиков. И самое главное – мы поражались его интуиции, которая и определяла всю нашу деятельность под его руководством.

Какие же идеи Георгия Тимофеевича использовались в моей дипломной работе? Широкий атмосферный ливень – очень сложное явление. Именно Георгием Тимофеевичем в конце 40-х годов как главный результат Памирской экспедиции был сформулирован вывод об определяющей роли ядерно-каскадного процесса в развитии ливня, за который в 50-м году ему была присуждена Сталинская премия. Затем им были разработаны основные черты модели взаимодействий адронов и каскадной теории, которые кратко можно представить в следующем виде.

Вывод о примерном постоянстве сечения взаимодействия адронов с ядрами противоречил мнению теоретиков об уменьшении этого сечения с ростом энергии. На вопрос Г.Т.Зацепина, кто прав, последовал ответ А.Д.Сахарова: «И Вы верите этим теоретикам?» Спустя десятилетия эксперименты на ускорителях полностью подтвердили эту идею Г.Т.Зацепина.

Заключение о среднем значении коэффициента К неупругости нуклонов во взаимодействиях с ядрами в атмосфере, равном приблизительно 0.5, конкурировало с представлениями Н.Л.Григорова о катастрофических взаимодействиях, когда К=1. Эксперименты показали - прав был Г.Т.Зацепин. И сейчас некоторые исследователи в Европе и США используют модели со средним значением К=0.47 вплоть до самых высоких энергий.

Было предугадано скейлинговое поведение энергетических спектров вторичных частиц, как теперь говорят, в области фрагментации. Особенное внимание Г.Т.Зацепин уделял энергетически выделенным частицам. Сохранившийся нуклон, изобарные пионы и другие энергетически выделенные частицы, которые подчиняются скейлинговому поведению, определяют развитие ядерного каскада в атмосфере.

Была предложена модель суперпозиции (в работе Питерса, представленной в 1959 г. на Московскую конференцию по космическим лучам также разрабатывалась эта идея), которая стала настолько привычной, что обычно не упоминают авторов модели. Современные исследования показывают, что средние значения предсказываются с погрешностью порядка 5-ти процентов. И только флуктуации, которые в случае первичных ядер не играют существенной роли, занижаются в рамках этой модели.

Была установлена существенная роль флуктуаций в развитии ливней. Г.Т.3ацепин показал, что флуктуации мест взаимодействий нуклона в атмосфере и его парциальных энерговыделений в каждом индивидуальном взаимодействии практически определяют развитие ядерного каскада с учётом флуктуаций. Очевидно, что каскады от многочисленных заряженных пионов усредняются и их развитие не подвержено действию заметных флуктуаций. Позднее Н.Н.Калмыков показал, что их вклад в дисперсию не превышает 5-ти процентов. В связи с этим следует отметить, что современные попытки создавать коды на базе методов Монте Карло, когда в поисках «точности» прослеживаются все вторичные частицы с энергиями выше пороговой, представляются на самом деле очень наивными, не отражающими подлинного понимания физики каскадных процессов, которое следует из идей Георгия Тимофеевича. При этом даже современные суперкомпьютеры не позволяют проводить расчёты в области сверхвысоких энергий и оценивать флуктуации сигнала в конкретном детекторе.

Георгием Тимофеевичем была сформулирована диффузионная модель распространения космических лучей в нашей галактике, из которой следовал наблюдаемый состав и энергетический спектр космических лучей после излома спектра (параллельно с Питерсом). В рамках простой модели (в работе, представленной в 1959 г. на Международную конференцию по космическим лучам в Москве) было показано, что показатель энергетического спектра равен 1.7, что было подтверждено во многих работах.

Наконец, была предложена важная методика учёта флуктуаций, когда оцениваются значения одной наблюдаемой переменной при фиксированном значении другой. Именно эта методика позволяет корректно интерпретировать экспериментальные данные и делать обоснованные выводы.

Георгий Тимофеевич был первым, кто предложил использовать электронные вычислительные машины для расчётов параметров ШАЛ. Он договорился с Е.С.Кузнецовым в ИПМ, чтобы проводить расчёты на одной из первых советских машин типа «Стрела».

В заключение следует отметить, что все эти идеи Георгия Тимофеевича работают и в настоящее время, а некоторые из них стали ещё более актуальными. Одной из самых интригующих проблем физики космических лучей сегодня является существование частиц первичного космического излучения с энергиями выше порога обрезания Грейзена-Зацепина-Кузьмина (ГЗК). Чрезвычайно важное предсказание «обрезания» энергетического спектра космических лучей из-за взаимодействий протонов и ядер первичного космического излучения с реликтовыми фотонами, которое было сделано в работе с В.А.Кузьминым (чуть позже К.Грейзена) в 1966 г., поставило в повестку дня расчёты параметров гигантских ливней. Прослеживание развития каскадов триллионов частиц различной природы в атмосфере и других средах и оценка сигналов в детекторах разнообразной конструкции и в том числе временных параметров этих сигналов – это насущная задача как проектирования новых установок (типа ШАЛ-1000, проект Auger и др.), так и интерпретации экспериментальных данных, – не может быть успешно решена без использования идей Г.Т.Зацепина.