Создать коллайдер Россия может
Те, кто с замиранием сердца ждал пуска Большого адронного коллайдера (БАК) 10 сентября, поспешили: тогда была проба. Более осведомленные настроились на 21 октября: именно в этот день протоны должны были не просто со скоростью света пролететь по 27-километровому тоннелю — они должны были столкнуться. Событие заранее назвали «инаугурацией», будто БАК — вступающий в должность президент. И действительно, на эту инаугурацию в Швейцарию в ЦЕРН были приглашены первые лица государств, участвующих в проекте. Теперь стало ясно, что придется подождать: недавняя поломка в коллайдере отодвинула «момент истины». О том, что должно было произойти 21 октября и что рано или поздно произойдет, наш обозреватель Анастасия ДОЛГОШЕВА спросила у заместителя директора Отделения физики высоких энергий Петербургского института ядерной физики им. Б. П. Константинова (ПИЯФ)' РАН доктора физико-математических наук Дмитрия СЕЛИВЕРСТОВА. Дмитрий Михайлович непосредственно участвовал в разработке и создании экспериментальных установок БАК со стороны родного института.
Фото автора
— Дмитрий Михайлович, вот случилась неисправность — и наверняка опять заговорят о черных дырах, аннигиляции...
— ...только давайте сразу снимем вопрос о черных дырах и возможном коллапсе! С чего вдруг возникли эти разговоры — даже не знаю: еще полгода назад и упоминаний о черных дырах не было. А теперь ученые в который раз объясняют, что взрыва при эксперименте не может произойти. Если из строя выйдет один из многих магнитов в тоннеле и протоны, вместо того чтобы двигаться в вакууме, попадут в криогенную часть — да, они вступят во взаимодействие с гелием и родятся антипротоны, — но даже в этом случае выделение энергии несравнимо ни с какими катаклизмами. Максимум — что-то нагреется. Но никакого взрыва, а тем более, как пугают, вроде взрыва ядерной бомбы, быть не может.
И если говорить об аннигиляции, то аннигиляция легких частиц уже широко используется в медицине в позитронно-электронном томографе. Это диагностический прибор, наиболее точно определяющий локализацию опухоли. К сожалению, в России их всего четыре — один из наиболее успешно работающих находится в Рентгенорадиологическом институте в Песочном.
...Конечно, в парламентах стран, участвующих в эксперименте, были сомнения относительно Большого адронного коллайдера, но не «научные» сомнения, а денежные: стоит ли тратить 10 млрд долларов?
Вот вам яркий пример: в конце 1980-х коллайдер, рассчитанный на энергию 40 ТэВ (тераэлектронвольт), планировалось построить в США в Техасе — как национальный проект. Но конгресс в 1993 году его не утвердил, и тогда же было решено строить международный коллайдер в ЦЕРН.
— В России ведь тоже пытались коллайдер строить.
— Да, в 1980-х был проект протонного коллайдера в Институте физики высоких энергий в Протвине. Прорыли тоннель, правда, не такой длинный и глубокий, как это сделано в ЦЕРН. Но в те годы России было не потянуть такой проект. Сейчас тот тоннель даже затопить нельзя, приходится тратить большие деньги на его консервацию.
— Как я понимаю, 21 октября в БАК в любом случае ничего потрясающего уже не произойдет...
— Жизнь часто вносит поправки в наши планы. 21 октября энергию протонов предполагалось увеличить до 4 ТэВ, что эквивалентно увеличению мощности систем питания в 10 раз (вообще же коллайдер рассчитан на энергию протонов в 14 ТэВ).
Но при увеличении энергии до требуемой величины одно из соединений питающих шин двух магнитов вышло из строя, это привело к нагреванию жидкого гелия и его испарению.
По последней информации от руководства ЦЕРН, на исправление повреждений потребуется до шести месяцев. Но официально пуск коллайдера, «инаугурация», все же состоится 21 октября. Раньше планировалось, что в этот день директор ЦЕРН в присутствии всей высокопоставленной компании нажмет кнопку, пучки протонов будут пущены навстречу друг другу, произойдет столкновение, четыре детектора будут регистрировать, что произошло, какие частицы при столкновении рождаются (а их рождается несколько миллионов), какова их масса и так далее. Теперь понятно, что «инаугурация» обойдется без сталкивающихся протонов. Собравшиеся ограничатся выступлениями и, конечно, банкетом. О том, что будет после восстановления канала БАК, мы, вероятно, узнаем в будущем году.
А сейчас в ЦЕРН готовятся к «инаугурации», предпринимают особые меры безопасности. Хотя вообще-то этот научный центр — довольно открытое учреждение: в будни вы можете попасть туда без пропуска, и пока был разрешен доступ в шахту на 100-метровой глубине, ее за два дня посетили 35 тысяч человек из 13 стран Европы. Такое у нас невозможно представить.
Теперь, перед «инаугурацией», даже сотрудникам проекта въезд ограничен: места в гостинице отводятся для приглашенных — а их не менее тысячи. Если пробный запуск «об служивали» 300 журналистов, то 21 октября будет в 2 раза больше.
— Что в проекте Большого адронного коллайдера делал ПИЯФ?
— Вот пишут, что строительство БАК началось в 2001 году, но первые проекты были созданы еще в 1996 году, уже тогда все было рассчитано с точностью до миллиметра, промоделировано — в том числе и нашим институтом. Оставалось только собрать и испытать.
От ПИЯФ в проекте участвовали примерно 100 физиков-инженеров и еще 30 — 40 рабочих. Мы производили детекторы, камеры для регистрации, участвовали в создании электромагнитного калориметра для измерения энергии частиц.
Нам пришлось — поскольку не было специальных помещений — переоборудовать часть своих площадей. В этих помещениях требовалась такая чистота, что пылинки в каждом кубическом сантиметре были наперечет... Сборку приборов делали женщины-лаборанты. Мужчины для такой работы не годятся.
— У мужчин терпения не хватает?
— Тут требуется тщательность, аккуратность. Ну, как вы же понимаете, мужчины по другой части: нам бы поруководить...
Станки мы получали из Америки, в России их просто не делают. Но все же российская промышленность очень много сделала для БАК. Особенно «Ижорские заводы» и НИМФА в Металлострое. И «Ижорскиезаводы», и ОАО «НИИ Электрон», которое выиграло мировой тендер на производство фотодетекторов для электромагнитного калориметра, получили золотые медали от ЦЕРН.
— То, что у нас ваяли «под боком», на «Ижоре», теперь на стометровой глубине «под Швейцарией» работает?
— Да-да. И качество этого оборудования проверялось и у нас, и в Англии, и в ЦЕРН.
Что еще важно: в ЦЕРН помимо коллайдера создана GRID — гигантская система сбора и обработки данных, по стоимости она составляет значительную часть от стоимости самого коллайдера. Проведены линии связи между всеми институтами, входящими в проект, — только в нашем институте работает 120 мощных процессоров, и физики могут обрабатывать результаты, не выезжая в Швейцарию.
Мы даже предлагаем использовать подобную систему связи в медицине, объединив все крупнейшие мировые медицинские центры. Нотутсложнее: во- первых, если для физиков компьютер — родной инструмент, то медики к нему не так привычны. А во-вторых, медики неохотно идут на контакт с коллегами — опасаются конкуренции.
— ЦЕРН без вклада России обошелся бы?
— На этот вопрос ответил генеральный директор ЦЕРН. Он оценил вклад нашей страны очень высоко и отметил, что, если бы Россия не участвовала в проекте, коллайдер все равно был бы построен, но на два года позже.
Есть английский термин «инкайнд», то есть «натурой». Так вот, по оценке ЦЕРН, Россия обеспечила 20 — 22% стоимости коллайдера. То есть из 10 млрд долларов 2 млрд — наши.
Я ко многим решениям нашего правительства по различным проектам отношусь с некоторым сомнением, но тут правительство четко выполнило все свои обязательства. Со странами — участницами проекта заключались не договоры, влекущие юридическую ответственность, а так называемые меморандумы понимания, — и Россия свой меморандум, заключенный более чем на сотню миллионов долларов, соблюла безукоризненно. В частности, правительство установило беспошлинный ввоз и вывоз оборудования для ЦЕРН — в противном случае оно подорожало бы на 20%.
— Но Россия платила не деньгами, а, как вы сказали, «натурой»?
— Да, напрямую деньги в ЦЕРН Россия перевести не может — по одной простой причине: про это мало кто говорит, но наша страна не действительный, а лишь ассоциированный член ЦЕРН.
— Почему?
— Действительный член должен платить ежегодный взнос около 3 миллионов долларов, а когда проект начинался, у страны просто не было таких средств. Сейчас, я думаю, 3 миллиона для России не деньги.
— В чем нас ограничивает такое неполноценное членство?
— Например, в ЦЕРН очень жесткое правило: какой бы ты ни был гений — директором можешь оставаться не больше четырех лет. В следующем году как раз будут выборы нового директора центра, но россиянин-физик стать главой не сможет, хотя у нас очень много достойных ученых.
— Если коллайдер на 20% — «российский», на какую долю результатов его работы Россия может рассчитывать?
— Тут система отработана. В проекте участвуют около 3 тысяч физиков, устанавливается квота для стран и институтов — сколько можно иметь сотрудников. «Доля» каждой страны — это научные публикации: открыть частицу, обработать результаты. Докторские, кандидатские диссертации...
— Вот-вот. А народ спросит: что мне с ваших диссертаций? Обычно народу объясняют так: с помощью коллайдера мы узнаем, как возникла Вселенная, ура! И не удосуживаются объяснять, а дальше-то что?
— Действительно, когда упоминают БАК, чаще говорят о воссоздании условий Большого взрыва, рождения Вселенной.
Вторая тема — поиск так называемого хиггсовского бозона. Ньютон открыл закон тяготения, оперируя тем, что у тел есть масса. Но откуда берется масса? В 1960 году английский физик Хиггс предположил, что есть элементарная частица — бозон, невидимый, но имеющий очень большую массу по сравнению с протоном и ответственный за наличие массы у всего, что есть на свете. Это трудно объяснить... В природе все как бы невидимо, но с помощью хиггсовского бозона все обретает массу.
Это согласно теории. Есть ли этот бозон «на практике»... Чтобы его породить, имеющихся раньше энергий нехватало. Считается, что 14 ТэВ, с которой будет работать БАК, хватит, но точно никто не знает.
— А если и 14 ТэВ не хватит? Если не откроют бозон?
— Конечно, у физиков всегда есть опасения: оправдаются ли затраты. Ну что ж... Что-нибудь другое все равно откроют. Наука проникает все глубже: в США в Лаборатории Е. Ферми успешно функционирует коллайдер «Теватрон», который предполагается остановить, когда БАК выйдет на полную мощность. Так вот, по сравнению с американским Большой адронный коллайдер проникнет в 14 раз «глубже», в самые минимальные «кирпичики», из которых все построено.
Есть и другой важный аспект. Считается, что все видимое во Вселенной составляет, по разным оценкам, до 50%, половина массы Вселенной — это невидимая материя. Ответить, существует ли эта темная материя в действительности, — одна из возможных задач коллайдера.
...Конечно, обыватель в любом случае может сказать: лучше бы мне пенсию увеличили.
— Да нет, обыватель скажет: вы мне объясните, смогу я пощупать какой-нибудь продукт этого коллайдера? Или, может, мы получим громадную энергию?
— К сожалению, «пощупать» продукт коллайдера невозможно. И с точки зрения получения громадной и дешевой энергии — это нужно обращаться не к Большому коллайдеру, а к другому проекту, тоже международному, в котором и Россия участвует: к проекту термоядерного реактора ITER, который строится во Франции и должен заработать к 2015 году.
А энергию от БАК, к сожалению, приспособить под наши нужды никак нельзя.
— И несмотря на это, Россия без вопросов ввязалась в этот «не прикладной» проект. Значит, выгода от него все же бесспорна?
— Верно. Вот говорят, что фундаментальная наука должна давать свои разработки, идеи прикладной науке. Вовсе нет! Если в фундаментальной науке рождаются новые технологии — они приходят в фирмы; но специально заниматься разработкой технологических процессов фундаментальная наука не должна.
Что касается выгоды... Понимаете, уровень стран определяется не бюджетами, а наукой и культурой. На международных конференциях ссылаются на наших ученых — Френкеля, Ландау, Зельдовича, и как бы ни относились к России настороженно из-за ее военной мощи — к ученым относятся хорошо. И ценят Россию не только потому, что мы нефть поставляем, а из- за науки. И ни один другой фактор не поддержит так репутацию России, как успешное участие в таких крупных проектах.
— Допустим, через полгода на БАК начнется, если можно так сказать, рутинная работа...
— Да, а вот с этим у России проблема. Дальнейшее участие в эксперименте — обработка данных, анализ — дело молодых, очень образованных физиков. Приезжает, например, профессор какого-нибудь европейского или американского института с двадцатью студентами с очень высоким уровнем подготовки, и каждому дается какая-нибудь работа.
А у нас с молодыми существенно хуже, чем на Западе. Да, мы вывозим в ЦЕРН студентов из Политехнического, но всего по 5 — 6 человек. Когда я заканчивал вуз в 1957 году, кафедра экспериментальной ядерной физики выпускала по меньшей мере 120 — 140 человек. А сейчас — 10 — 15. В нашем институте средний возраст сотрудников — 58 лет. Старшим научным сотрудникам давно за 60.
— У России есть кадры, чтобы создать коллайдер, но нет молодежи, чтобы на нем работать?
— Да, молодежь в науке — это главная проблема. Сейчас, правда, положение стало чуть- чуть улучшаться. Несколько лет назад вообще никто не шел в физику: вчерашний студент, став стажером, мог рассчитывать только на 3тысячи рублей. Сейчас зарплату повысили, но все равно с бизнесом не сравнить.
И в науке зарплата никогда не угонится за зарплатой в бизнесе, но все же выход есть: доступное жилье для молодых научных сотрудников. В 1970 — 1980-е годы мы не знали проблем с молодыми кадрами — у нас было свое жилищное строительство. Надо его возобновить.
— Дмитрий Михайлович, БАК построен, будет работать. Но человечество на этом, я полагаю, не успокоится?
— Человечество не успокоится, пока не поймет, как устроен мир.
Не раньше 2020 — 2025 годов возможно начало строительства уже не кольцевого, а линейного коллайдера, где будут сталкивать мюоны. Но есть проекты и на ближайшее будущее: уже ведутся разработки создания суперБАК, хотят повысить интенсивность того же коллайдера еще в 10 раз.
А сейчас в Германии в Дармштадте строится новый комплекс для работы на накопление и столкновение ионов и исследований — до какого атомного номера могут быть элементы. Проект в 10 раз дешевле БАК, полтора миллиарда евро, — но Россия участвует в нем очень активно, и наш институт тоже. Я, честно говоря, большей частью уже в этом проекте нахожусь.
— Трудно найти международный проект, в котором наши физики не участвовали бы. И все это не на территории России.
— Но это неплохо. Коллаборация более жизнеспособна на Западе с его демократическим режимом. Он очень строгий, но открытый, все решается большинством голосов.
А у российских физиков и свои крупнейшие проекты есть: наш институт сейчас строит самый большой не то что в Европе — в мире! — реактор ПИК, на него в прошлом году государство выделило 6 млрд рублей. Это уже физика с нейтронами.
Так что проблема не в проектах. А в кадрах.
Болъшой адронный коллайдер, или БАК (Large Hadron Collider, или LHC), ускоритель заряженных частиц на встречных пучках. Построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (фр. Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, CERN, или ЦЕРН) на границе Швейцарии и Франции.
На сегодня крупнейшая экспериментальная установка в мире.
БАК: «большой» потому что длина тоннеля ускорителя 26,7 км; «адронный» потому что оперирует адронами; «коллайдер» потому что от английского collide, «сталкиваться».
Комментарии