Источник: «Петербургские ведомости», дата: 12.10.2012г.
Исследования свойств хиггсовского бозона в Большом адронном коллайдере продлятся до середины декабря.
Напомним, 4 июля Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) объявил об открытии уникальной по свойствам новой частицы.
Вероятность того, что это не хиггсовский бозон (то есть не то, что искали), – всего два к миллиарду, и совершенно несомненно то, что обнаружен квант (т. е. неделимая порция) Неизвестного ранее поля, отвечающего за происхождение масс у элементарных частиц. В январе 2013 года БАК переключается на другой эксперимент, в котором участвует команда из СПбГУ под руководством нашего гостя.
– Григорий Александрович, что это за проект, в котором участвует Большой университет?
– СПбГУ участвует сегодня напрямую в двух проектах.
Основной – ALICE (A Large Ion Collider Experiment, Большой ионный коллайдерный эксперимент). Он связан с получением и исследованиями «первоматерии» – вещества в особенном экстремальном состоянии, в котором (согласно сегодняшним физическим представлениям) Вселенная находилась в первые микросекунды после Большого взрыва.
Столкновения ядер свинца, летящих навстречу друг другу со скоростями, близкими к скорости света, приводят к образованию в лабораторных условиях так называемой кварк-глюонной плазмы. Она плотнее, чем нейтронные звезды, самые массивные объекты Вселенной. И в сто тысяч раз горячее, чем центр Солнца. Уже известно, что эта материя обладает свойствами почти идеальной жидкости, без трения, без вязкости.
Установка ALICE – самая большая в мире специально спроектированная для исследований с релятивистскими тяжелыми ядрами. В проекте участвуют более 1200 человек из 36 стран, из 132 институтов и университетов.
Второй международный эксперимент, в котором мы работаем (причем СПбГУ – единственный участник из российских университетов), – это NA61(SHINE). Задача состоит в изучении условий фазового перехода ядерной материи в состояние кварк-глюонной плазмы. В качестве аналогии можно привести превращения воды из твердой фазы (лед) в жидкую и газообразную (пар) при нагреве. Подобное может происходить и с ядерной материей.
– Вернемся к бозону Хиггса: возможно популярно объяснить, что это такое и что все так с ним носятся?
– Приведу такой пример. Ветер с легкостью гоняет пенопластовые крошки – у них практически нет массы. А если они окажутся на поверхности воды, то сдуть их будет непросто, крошки станут «тяжелыми». Вода в этом случае – некий сильно упрощенный аналог хиггсовского поля, которое пронизывает все пространство и наделяет определенные частицы массой.
Идею существования такого поля в 1964 году высказали несколько ученых, а один из них, англичанин Хиггс, предложил способ, как увидеть – есть это поле или нет. Подтверждением и должен служить бозон – квант этого поля. Если хиггсовское поле возбудить, внеся достаточную энергию (будто бросив камушек в воду), то можно ожидать появления некой «волны», бозона. Столкновения протонов на БАК и есть тот самый способ «бросить камушек».
А «все так носятся» с этим полем из-за того, что именно оно обуславливает существование Вселенной.
– Налогоплательщик не сможет уснуть, не узнав, есть ли это поле и что там с элементарными частицами происходит?
– Волнует ли домохозяйку электрон? Вряд ли. А плата за электроэнергию очень даже волнует. Как раз в тему: когда Фарадея, открывшего закон электромагнитной индукции, чиновник королевского министерства спросил: «Ну, и зачем это все?», тот ответил: «С этого вы будете налоги в казну собирать». Сегодня электроны работают везде.
Или возьмем частицу антиматерии – позитрон, предсказанный англичанином Дираком в 1928 году и открытый американцем Андерсеном, за что тот получил Нобелевскую премию в 1936 году. Казалось бы, какое нам дело до антиматерии? А позитрон используется сейчас в самых точных медицинских диагностических системах, например, в позитронно-эмиссионной томографии.
Или адронная терапия онкологических заболеваний, интенсивно развивающаяся сегодня в Европе при координации ЦЕРН. Она помогает и при лечении неоперабельных опухолей, где традиционные методики не срабатывают: позволяет воздействовать пучком частиц практически только на раковую опухоль с точностью до полумиллиметра и четко контролировать дозу облучения. Для этого нужен адронный ускоритель – достаточно компактный, совсем не коллайдер. И такие уже появились, но, повторюсь, без методов физики элементарных частиц тут не обойтись.
В 2004 – 2007 годах петербургские физики вместе с петербургскими врачами и при помощи европейского сообщества по адронной терапии ENLIGHT подготовили медико-техническое обоснование проекта Центра адронной терапии и диагностики для всего Северо-Западного региона. Проект прошел через разные экспертизы, но потом все заморозилось. А в Европе работают уже два национальных медицинских центра адронной терапии – в Германии и Италии, и несколько находятся в различных стадиях строительства. В ЦЕРН создается сегодня центр медико-биологических исследований, и один из работающих ускорителей будет использоваться для поисковых работ по адронной терапии – это задача не менее достойная, чем получение кварк-глюонной плазмы или поиск хиггсовского бозона.
– Как команда СПбГУ попала в проекты ЦЕРН?
– Попала вопреки всему. Был 1992 год – для страны нелегкое время, в Университете денег не было, Москва ревниво смотрела на питерскую команду. А в проекте ALICE на БАК был ряд задач, за которые никто в мире не брался, потому что они считались нерешаемыми.
Например, как сделать систему очень точных трековых детекторов, которые будут располагаться непосредственно вокруг точки столкновения ядер свинца? И работать в условиях, не встречавшихся ранее в практике? При этом и детекторы, и все детали центральной системы должны быть радиационно-прозрачными – то есть не быть помехой на пути частиц, вылетающих после столкновений.
Все элементы этой системы должны на чем-то держаться, быть почти невесомыми. Но в то же время – обеспечивать стабильность и точность измерения траекторий нескольких тысяч частиц на уровне 10 микрон. Оказалось еще, что микросхемы, которые обрабатывают сигналы с детекторов, в сумме будут выделять тепловую мощность почти в 10 киловатт, ну как десять утюгов в объеме письменного стола. А система охлаждения до комнатной температуры должна быть тоже практически «безмассовой».
Физики Университета, инженеры Центрального конструкторского бюро машиностроения, специалисты Института метрологии, «Авангарда», «Светланы», «Гранита» собрались, почесали затылки – и за полгода нашли решение для этой «нерешаемой» задачи. Оказалось, что, собранные вместе, наши высококлассные специалисты – это такой квант петербургского поля.
Так, в 1995 году практически на инициативной основе появился инженерный проект центральной части ALICE. Он прошел международную экспертизу, технологии были отлажены, совместными усилиями 15 европейских институтов и при участии СПбГУ система была собрана и заработала в 2007 году на космических лучах. На ней были получены в 2010 году самые первые на коллайдере научные результаты, она и сейчас работает.
В том же 1992 году в ЦЕРН победила еще одна наша идея – детектор на микроканальных пластинах. Детали для первой модели собирали по институтам, бракованные, потому что денег не было. И «на коленке» сделали прототип, который запустили вначале на ускорителе в Дубне, а потом испытали в ЦЕРН. Детектор был по тем временам самым быстрым в мире, давал временное разрешение на уровне 80 пикосекунд. В течение 9 лет эта наша разработка продержалась в качестве базового варианта одной из подсистем ALICE.
В 1995 году мы получили европейский грант на три года под эти идеи, причем за нас хлопотало итальянское правительство, в которое обратились коллеги – итальянские ученые. При этом мы параллельно много лет «пролетали» мимо российских грантов.
– Что так?
– Для международного научного сообщества в ЦЕРН наша работа, наши знания были нужны. Для нашей страны в течение многих лет – получается, что нет. Более того, видимо, в условиях финансового кризиса в российской науке некоторые почувствовали в нас серьезных конкурентов. По идее, наша команда должна была давно исчезнуть, но уже 20 лет держимся.
Еще можно заметить, что гранты хороши, когда они служат дополнением к постоянному куску хлеба. А как вести долговременные научные проекты, брать на себя обязательства, особенно международные, если грант могут не дать, и никогда не узнаешь, почему? Мегагранты только подчеркивают и усугубляют драматизм ситуации в российской науке.
Так что в эксперимент ALICE на БАК мы попали, потому что за плечами у нас были мощнейшие петербургские школы – научная и инженерная.
– ЦЕРН, судя по всему, совершенно небюрократическая система.
– ЦЕРН в свое время был создан физиками для физиков – и это все объясняет. Там вам не скажут: «У вас предложение? Ну напишите по такой-то форме, и чтобы поля были обязательно такие-то...». Там воспринимают идеи и реальную работу. В нашем случае победили петербургские идеи, подкрепленные технологиями и практическим опытом, но залогом победы была существующая в ЦЕРН научная демократия, которая позволила добиться успеха в открытой борьбе.
Надо представить идею, физическое обоснование, доказать, что можешь ее реализовать. Если задачу утверждает научный совет, то ЦЕРН предоставляет инфраструктуру – установку и компьютерные ресурсы.
В ЦЕРН очень неформальная атмосфера: проводят экскурсии для школьников, устраивают лекции для учителей физики из разных стран, идут научные семинары, организуются дни открытых дверей, в научную работу вовлекаются сотни студентов и аспирантов. И внешне картина иногда удивительная: команды ученых из разных стран, смешение языков, кто в чалме, кто в кипе. Очень много молодежи – в последнее время из Индии и Китая.
Помню, в 2008 году, после месячных упорнейших усилий по запуску установки ALICE, в зале управления разместили фотографию мраморной доски, которая висит на стене какого-то института во Франции. Там написано примерно следующее: теоретики понимают, что у них должно получиться, но не могут измерить; экспериментаторы могут измерить, но не понимают, что у них получается; а мы здесь пытаемся соединить одно с другим: у нас ничего не получается и мы не понимаем почему.
– «Физики шутят».
– Точно. Но эта фотография появилась, только когда установка ALICE, включающая в себя 20 сложнейших совершенно новых подсистем и более 10 миллионов каналов электроники, наконец-то заработала как целое.
– Да, но сам коллайдер после первого пуска в 2008-м сломался.
– Это как раз нормально. Когда речь идет о целой совокупности таких сверхсложных систем, удивительно было бы, если бы с ходу все заработало.
Вероятность отказа была очень высокой, но протонный пучок тогда был получен и вся наладка, проводка пучка по кольцу была выполнена всего за один час! Вместо двух недель, как для одного из ускорителей предыдущих поколений.
Тем не менее, когда стали дальше поднимать ток, перегорело соединение сверхпроводящих обмоток у одного из двух тысяч дипольных магнитов. Досадно, безусловно. Но нормально. А с 2009-го установка работает почти как швейцарские часы.
– В январе продолжится эксперимент ALICE, там будут работать и аспиранты СПбГУ. Где талантливую молодежь берете?
– Так они сами приходят. С ясными глазами, хотят работать. Через «школу» Большого адронного коллайдера прошли уже более дюжины человек. Восемь стали кандидатами наук: четверо защитились у нас, четверо за границей, но и это все-таки петербургская школа. Трое ребят сейчас в аспирантуре СПбГУ, еще несколько на разных курсах.
У нас и девушек немало: Анастасия Гребенюк окончила физический факультет СПбГУ с красным дипломом, защитилась и работает в Германии, Ольга Кочебина учится в аспирантуре в Париже, Полина Отюгова собирала своими руками одну из систем для ALICE, защитила кандидатскую в Цюрихе, потом вела в ЦЕРН один из экспериментальных проектов по поиску темной материи. Татьяна Дрожжова поступает сейчас в аспирантуру в ПИЯФ, теоретическими расчетами с первого курса начала заниматься Евгения Бодня.
– Но в основном, получается, уезжают – Франция, Германия, Швейцария...
– Больная тема. Наши ребята должны работать в наших вузах, собирать вокруг себя новую талантливую молодежь. Но на деле я всем пишу рекомендательные письма: если человек находит позицию за рубежом и продолжает развиваться в науке – это здорово, потому что условия для работы там и в России очень отличаются. Российская аспирантская стипендия – чуть больше двух с половиной тысяч рублей.
Надо честно признать: лауреаты Нобелевской премии 2010 года Андрей Гейм и Константин Новоселов не смогли бы сделать свои открытия в России, у нас система перевернута с ног на голову. У меня, например, ребята за границу не рвались и не рвутся, но либо занимаешься наукой, а значит, уезжаешь, либо остаешься здесь и занимаешься... лавиной ненужных бумаг, зарабатываешь (уж не знаю, как) на жизнь и лишь после всего этого пытаешься заниматься наукой.
Очень характерен пример Индии. Как из России, и из Индии утекали грамотные специалисты. В какой-то момент страна решила их вернуть, но оказалось, что они не очень-то хотят преподавать в индийских вузах, даже за хорошую зарплату. Потому что скучно: научная молодежь хотела заниматься исследованиями, продолжать делать то, что делала в Европе. Тогда Индия добавила денег на то, чтобы индийские университеты включались в европейские исследовательские проекты. И сейчас их студенты вместе с вернувшимися преподавателями ездят в тот же ЦЕРН.
А мы, с одной стороны, вносим свою долю в самые высокотехнологичные отрасли мировой науки и промышленности, а с другой – банкротим Богородицкий завод технохимических изделий, где были выращены уникальные кристаллы, подобных которым в мире нет и которые использовались для поиска бозона Хиггса.
Просто во многих отраслях появились эффективные менеджеры, которые начинают управлять всем, не спрашивая мнение профессионалов. Процессы реформирования идут сверху под лозунгом «надо привести российскую науку на передовые рубежи!».
Да елки-палки, мы уже на этих самых передовых рубежах! Не мешайте.
