В этом научном процессе белорусы оказались не статистами...
Не появись жуткий слух о грядущем апокалипсисе, который наступит в результате этих экспериментов, новости с большого адронного коллайдера заинтересовали бы немногих. Даже несмотря на то, что этот впечатляющий «бублик», построенный буквально всем миром, стал самым сложным и дорогостоящим научным инструментом в истории человечества. Ведь по-настоящему интересно может быть только то, что понятно, а людей, слышавших о бозоне Хиггса, излучении Хокинга или представляющих в общих чертах квантовую теорию поля, не наберется и на сотую долю процента. Тем не менее для построения картины развития Вселенной, постижения процессов преобразования материи в энергию, раскрытия тайны гравитации предстоящие опыты имеют колоссальное значение. Без этих знаний цивилизация не сможет развиваться и даже будет обречена, так как не выйдет на уровень, достаточный для того, чтобы в будущем найти достойный ответ на очередной вызов природы, пришедший из космоса. Приятно, что в этом научном процессе белорусы оказались не статистами, а потому у нас есть возможность получить информацию из первых рук. Мой собеседник – директор Национального научно-учебного центра физики частиц высоких энергий Белорусского государственного университета профессор Николай ШУМЕЙКО участвовал в подготовке международного проекта с первых шагов.
— Николай Максимович, в проекте большого адронного коллайдера белорусы появились не вдруг. С чего начиналось наше сотрудничество с Европейским центром ядерных исследований?
— Для проведения исследований белорусских ученых начали приглашать в ЦЕРН еще около 40 лет назад, а с 1977 года, когда на гомельскую школу-семинар по физике частиц приехал будущий директор этого центра и будущий лауреат Нобелевской премии Карло Руббиа и увидел высокий уровень наших физиков, процесс пошел активнее. С 1991 года, после проведения в Беларуси международной конференции по применению полупроводниковых детекторов в физике высоких энергий, организованной с участием ЦЕРН, сотрудничество стало систематическим. Тогда же мы приняли приглашение наших коллег из Объединенного института ядерных исследований в Дубне (ОИЯИ) и в качестве соисполнителей подключились к теоретическим изысканиям и экспериментам, направленным на создание детекторов для большого адронного коллайдера (LHC). В 1994 году правительство республики и дирекция ЦЕРН подписали соглашение «О дальнейшем развитии научно-технического сотрудничества в области физики высоких энергий», которое подняло наше партнерство на новый уровень. Это предполагает некоторые финансовые обязательства, но мы договорились с ОИЯИ, что часть членского взноса Беларуси в институтскую кассу будет засчитываться нам в качестве вклада в совместные с ОИЯИ и ЦЕРН проекты. То есть юридически мы самостоятельные участники проектов, но на практике наше партнерство с институтом в Дубне остается таким же тесным и общий результат мы фактически не делим на «наше» и «не наше».
— Внесите тогда ясность. Приходилось слышать из сообщений СМИ, что, мол, белорусы разработали для коллайдера детекторы…
— Правильнее будет сказать «участвовали в подготовке экспериментов». Причем участвовали мы на всех стадиях – от теоретических изысканий, разработки физической программы и моделирования задач до конструкторских поисков и изготовления ряда узлов. Детекторы (мы говорим о двух универсальных – CMS и ATLAS) – это огромные сооружения высотой более десятка метров, коллективные детища множества исследовательских центров и промышленных предприятий из разных стран. С нашим участием созданы лишь некоторые их подсистемы. Но ключевые. Например, адронные калориметры установки CMS, измеряющие энергию тяжелых частиц. Каждый из них весит по 260 тонн, что заставило нас совместно с коллегами по коллаборации разработать еще и оригинальную систему крепления этих махин внутри установки. Мы, кстати, участвуем в обоих проектах детекторов общего назначения — CMS и ATLAS, несмотря на то, что они очень разные по технологии создания, а команды разработчиков и физиков даже конкурируют между собой.
— Почему детали калориметра должны быть такими массивными?
— Потому что они будут поглощать энергию элементарных частиц, которые родятся при столкновении встречных ускоренных пучков протонов и тяжелых ионов, имеющих общее название – адроны. Отсюда и «адронный». А «коллайдер» от английского collide – сталкиваться. Чтобы проследить за этим фейерверком вторичных частиц, надо каким-то образом заглянуть внутрь металла, через который они летят. Сделать это можно в том случае, если слои металла будут чередоваться со специальным прозрачным пластиком (его разработали и изготовили в России и Украине), который будет играть роль смотровых окон. Заглядывать в эти окна, фиксируя световые вспышки и определяя энергию частиц по мере их движения в детекторе, должны специальные приборы – фотоумножители. В разработку и изготовление этих и других приборов для детекторов CMS и ATLAS существенный вклад также внесли белорусские ученые и производственники.
Таким образом, калориметр – это «бутерброд», состоящий из 36 слоев металла, разделенного пластиком. Секции этого устройства высотой около трех метров обрамляют место столкновения частиц практически со всех сторон, поэтому металлических пластин нужно много. Изготовили их в Минске. На тракторном заводе выполнили заказ для детектора ATLAS – отштамповали с микронной точностью из выплавленной в Германии и Чехии специальной стали, максимально стойкой к воздействию мощного потока радиации. Станкостроительный завод имени Октябрьской революции (МЗОР) изготавливал детали для детектора CMS из латуни, выплавленной в России из артиллерийских гильз Северного флота. Оба предприятия, кстати, выиграли тендеры, чтобы получить престижный заказ, и справились с задачей великолепно.
— В чем состоит научная цель проекта?
— Если эксперименты окажутся удачными, то в понимании структуры материи мы продвинемся на порядок вперед и, возможно, увидим, из чего состоят кварки, которые, по современным представлениям, являются самыми фундаментальными частицами. Кроме того, мы надеемся открыть частицы, которых нам не хватает для формирования представлений о структуре фундаментальных взаимодействий в материи. Для того чтобы полностью сформировать, например, теорию электрослабого взаимодействия, не хватает бозона Хиггса, и мы рассчитываем зафиксировать эту частицу. Если же ее открыть не удастся, придется менять основные представления общепринятой ныне «Стандартной модели» взаимодействия или считать, что нам не хватило энергии для достижения поставленной цели.
Приоритетная цель экспериментов – вопрос о происхождении Вселенной, о природе темной материи, темной энергии. Полагают, что из-за этой энергии и произошел Большой Взрыв. Важно знать, где источник этой энергии, каким образом она возникает? На LHC, а затем на международном линейном коллайдере, который планируется построить, предполагается зарегистрировать так называемые суперсимметричные частицы, которые будут вестниками того, что в природе когда-то, в первые моменты после Большого взрыва, существовало единое взаимодействие.
— А решение каких-либо практических задач эксперименты на ускорителе приблизят?
— Эти эксперименты направлены все же в будущее, на формирование мировоззрения человека. А практические цели достигаются попутно, в ходе подготовки к опытам и их реализации. Например, Интернет возник именно в ЦЕРН как средство ускорения обработки и обобщения информации в области физики высоких энергий. Технология ГРИД, обеспечивающая разделение вычислительных ресурсов в рамках виртуальной организации, родилась там же. Какие-то технологические новинки, использованные при создании LHC, безусловно, перекочуют со временем в другие сферы человеческой деятельности.
Что же касается данных, которые мы надеемся получить в экспериментах, то они могут быть использованы при создании энергетических установок в будущем, так как опыты на ускорителе продвигают нас в понимании вопросов высвобождения энергии из материи. Резервы здесь огромны. Ведь даже термоядерный реактор, который планируется создать, будет иметь очень небольшой коэффициент высвобождения энергии.
— В обработке результатов белорусские ученые будут участвовать?
— Обязательно. Для этого мы в меру имеющихся возможностей наращиваем компьютерные мощности и каналы связи. Кроме того, два наших инженера – специалист по точной механике и электронщик – постоянно работают на LHC. Нашим физикам пока приходится работать в «эпицентре событий» в режиме командировок за счет принимающей стороны, но мы надеемся, что, как и россиянам, нам удастся совершать необходимые поездки чаще и дольше за счет какого-либо белорусского фонда.
— Появилось сообщение, что ЦЕРН во избежание неправильных выводов решил не обнародовать полную информацию о результатах экспериментов до окончательной ее обработки. Вы же будете иметь доступ ко всем данным сразу и в полном объеме?
— Все участники коллаборации, например в CMS, – это ученые 182 институтов и университетов 39 стран, имеют равные права на научный результат. Впрочем, эти данные станут общедоступными после того, как мы сообща согласуем научные выводы.
— Кстати, коллайдер и детекторы на нем тоже общая собственность?
— Нет, это собственность ЦЕРН. И никто из участников проекта на них не претендует. Ведь через 10–15 лет, когда закончится запланированный набор данных, они станут настолько радиоактивными, что проблемой будет их утилизация.
— Теперь все же о страхах. После первого пуска LHC они утихли, но весной 2009 года, когда планируется провести столкновение частиц при более высокой энергии, они, безусловно, появятся снова. Что вы можете сказать по этому поводу?
— Эти страхи – плод некомпетентности. Никакой черной дыры не будет. На ускорителе может родиться только то, что разрешено законами сохранения энергии, импульса, момента количества движения и других квантовых чисел. Объект, который будет больше по массе, чем энергия начальных частиц, возникнуть не может в принципе. А эта энергия в LHC и близко не подходит к «опасным» (только чисто гипотетически) величинам.
— А если сделать еще более мощный ускоритель?
— Увы, мы до этого не дойдем. Чтобы, при желании, хоть как-то приблизиться к проверке этой сверхэкзотической гипотезы, придется превратить в ускоритель Землю или Солнечную систему… Так что не волнуйтесь и пожелайте нам успеха.
— Желаю успеха!
