Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в среду начала первые эксперименты по столкновению пучков частиц в реконструированном и укрепленном Большом адронном коллайдере (БАК). Одна из основных целей ученых – найти подтверждение существования во Вселенной так называемой темной материи. Какую роль российские специалисты сыграли в создании и обновлении БАКа, каких открытий ждать от его нового запуска и может ли современная наука ответить на вопрос о том, что было до Большого взрыва, в интервью руководителю представительства РИА Новости в Швейцарии Елизавете Исаковой рассказал директор Объединенного института ядерного исследования (ОИЯИ) академик Российской академии наук Виктор Матвеев.
— Виктор Анатольевич, расскажите об участии России, дубнинских ученых из ОИЯИ в проекте БАК.
— Во-первых, надо отметить, что коллаборации, которые сейчас работают в ЦЕРНЕ, – это уникальный, я бы даже сказал научно-социологический эксперимент. Потому что такая коллаборация людей из почти 40 стран, которые работают одновременно почти на всех континентах в режиме реального времени, – это уникальное явление. Это самоорганизующаяся система, которая довела работу ЦЕРНа до особого статуса совершенствования, не имеющего аналога.
Если говорить на примере нашей коллаборации – CMS (компактный мюонный соленоид, один из двух больших универсальных детекторов элементарных частиц в БАКе – ред.), в которой почти 2 тысячи ученых, то российское участие — это 4,2% по количеству людей. Дубна – это примерно 2,6% из них. То есть эти проценты, с одной стороны, говорят о том, сколько авторов, но не говорят о том, сколько за спиной этих авторов стоит инженеров и техников в их домашних институтах.
С ЦЕРНом Россия давно уже имела крепкие отношения и вносила большой вклад, и сейчас очень большой вклад вносит в его программы. И отношение к российскому вкладу не только ученых, но инженеров, техников и даже рабочих очень высокое. Здесь, в ЦЕРНе, уже давно убедились, что у россиян квалификация гораздо выше, чем у местных профессиональных фирм. Скажем, в практике создания и сбора детектора, который под землей.
Это очень сложная техника, размером с дом. Там невозможно что-то передумать, переставить. И вот начинают собираться эти огромные экосистемы, которые весят много, и надо учесть, что каждая такая установка – это уникальное сооружение, не имеющее аналогов. Все это работает в условиях под большим воздействием операционных полей, это большие леса, это аппаратура, которая должна работать с высочайшей точностью. И нельзя допустить, чтобы внутри этого огромного детектора были пустоты, откуда не поступает информация о траекториях частиц. Вы должны буквально каждый кубический сантиметр детектора сделать чувствительным и реагирующим на все, что происходит. А происходит это в мгновение, и все должно быть сразу записано в компьютеры.
И вот идет сборка, и надо, скажем, установить какую-нибудь систему или мюонную камеру (координатный детектор – ред.), а она огромная, как торец дома, и вот идет работа инженеров, которые в коллаборации объединяют лучших мировых специалистов, и возникает вопрос: так сделать или иначе? И вот российские участники говорят: "Вы знаете, так делать нельзя, потому что когда будут низкие температуры, магнитные поля, там может не получиться". Слушали-слушали, но все же не учли этого замечания и сделали так, как конструкторы изначально написали. Пригласили бельгийскую фирму. Она пришла – ребята все образованные, все дырочки просверлили, все установили. Как только они ушли, стали думать, как дальше проводить сборку. И оказалось, что действительно российская команда была права и так делать было нельзя. А это же чрезвычайная ситуация! Вызывают специалистов из российских институтов, они приезжают, думают и говорят, как надо исправить. Исправляют — и все работает!
И вот когда происходила сборка вот этого огромнейшего детектора, там участвовали специалисты многих институтов из разных стран, фирм, но ходили по всем уровням наши русские работяги – инженеры или техники в ватничках – и были как прорабы этой установки. Потому что они знали все, и чуть что возникало, бежали сразу к ним. И они тут же говорили, что надо сделать и как. И это все на уровне высочайшей техники, которая использовала все знание, опыт и квалификацию мировой инженерии из самых развитых европейских стран.
— То есть, по сути, коллайдер построили российские инженеры?
— Ну, разумеется, он был построен с участием всех, но российские инженеры внесли огромный вклад, и это признается. И генеральный директор ЦЕРНа, когда был запуск всего этого комплекса, а потом, когда праздновали 60-летие, уже новый генеральный директор — все отмечали огромный вклад российских и дубнинских ученых. Больше, чем просто проценты по количеству авторов. Количество авторов определяется в том числе по тому, сколько должна заплатить Россия, внести свои бюджетные средства в содержание установки. Но сюда российский вклад гораздо больше, чем это.
И это приятно. Это говорит о том, что теоретическое знание, тот опыт экспериментальной техники и то творческое начало, которое было, оно есть и остается на очень высоком уровне. И важно, чтобы это не прервалось.
А что касается технической квалификации, я недавно встречался с директором по исследованиям ЦЕРН. Мы говорили о проблеме одного из новых здесь экспериментов в области глубинной физики, который предложили астрофизики, и ЦЕРН поддержал это. Это эксперимент, связанный с поиском темной материи и тяжелых нейтрино.
— Да, ведь поиск темной материи — это одна из основных целей второго запуска БАКа.
— Да, конечно. Хотя, может быть, проблема темной материи настолько многолика и сложна, что тут не только БАК нужен, тут нужно учесть возможности и других крупных установок, в том числе крупных нейтринных детекторов, использующих информацию из естественных потоков нейтрино, приходящих из космоса.
Так вот, мы с ним обговорили некоторые проблемы, и он мне говорит: "Вы знаете, мы уже понимаем и готовы вам помочь. Мы заплатим деньгами, а вы отработайте. Пришлите нам команду из десяти человек, которые поработают тут, получат зарплату". Понимаете? Они хотят, чтобы приехали эти десять человек, поработали, получили зарплату, но сделали то, что не могут остальные. И в ЦЕРНе этого хотят, потому что они понимают наш уровень.
— Как в России относятся к эксперименту?
— Сейчас в России наметилась тенденция — очень многие институты оценили важность включения в эти экспериментальные исследования. И за прошедший год мы, CMS, рассматриваем обращения от трех крупнейших российских университетов с просьбой их принять в нашу коллаборацию. Первый был Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ. Потом Новосибирский государственный университет. Новосибирск – это тоже столица физики и науки. И вот они обратились, и их приняли в нашу коллаборацию. Сейчас рассматривается вопрос об участии Московского физико-технического института (МФТИ).
И, конечно, с одной стороны, понятно, что крупнейшие университеты России борются за поднятие своего рейтинга. Сейчас правительство и министерство образования им на это выделяют гранты, и они используют эти гранты в том числе на участие в крупнейших коллаборациях, чтобы приобрести известность и воспитать молодых людей. И здесь их принимают с большим желанием. Потому что один только МФТИ, где есть воспитанники нобелевского лауреата, очень важен.
— Если говорить о повторном запуске БАКа, каких результатов вы ожидаете? Нынешний генеральных директор ЦЕРНа Рольф Хойер не так давно отмечал, что шансы 50 на 50. То есть, возможно, что запуск БАКа и не даст новых открытий. С другой стороны, мощность коллайдера увеличили почти в два раза – с 8 ТэВ до 13 Тэв, и это может привести к неожиданным сюрпризам.
— Я думаю, Хойер был абсолютно прав. И обманывать мировое сообщество нельзя. Потому что, скажем, открытие частицы Хиггса действительно было предсказано. Оно просто требовалось всей структурой стандартной теории физики элементарных частиц, высочайшего достижения фундаментальной науки.
А теперь, увидев, что действительно мысль и логика науки привела к правильному выводу, мы понимаем, что дальше есть много того, чего мы сейчас предсказать не можем. Есть масса вариантов, которые уточняют параметры этого хиггского бозона. Их надо, конечно, иметь возможность детально изучить. Потому что определенно мы пока знаем, что бозон Хиггса есть. И частицу эту мы наблюдали. Но необходимо знать многое другое, чтобы понять, как дальше может пойти вариант развития теории. Потому что теория, несмотря на свой высочайший уровень достижения, не полна. Есть явления, которые не объясняются стандартной моделью. В частности, наличие массы у нейтрино, наличие явления осцилляции нейтрино. Кстати, нам в Дубне очень приятно, что само понятие "нейтринные осцилляции" появилось в Дубне.
Поэтому ясно, что наука включает в себя еще не все. Есть явления, которые выходят за рамки. И как они с достигнутым до сих пор знанием соединяются, это смогут показать, возможно, будущие эксперименты.
Мы знаем, например, такие неразрешенные загадки, как существование темной материи, которая предсказана при изучении космологических, астрофизических проблем. И если действительно темная материя тоже объясняется наличием определенных частиц, которые мы до сих пор не могли воссоздать, потому что они либо слишком тяжелы, либо у них параметры взаимодействия были таковы, что в обычной флоре в ходе эксперимента мы их не видели, то, конечно, надо ожидать и обязательно быть готовым наблюдать такие частицы на коллайдере при повышении энергии, когда порог рождения новых частиц повышается.
А как их увидеть и что надо искать, чтобы зарегистрировать, это может быть подсказано и в том числе моделями, идущими за пределы стандартной теории элементарных частиц. И если здесь будет прорыв, то это, конечно, будет выдающийся прорыв, который потребует дальнейшего развития ускорительной техники. Но никто же этого не может гарантировать.
Я помню, когда была ситуация, которую уже как анекдот рассказывают, когда переносчики электрослабых взаимодействий W и Z-бозоны были тоже теоретически предсказаны. И когда Карло Руббиа создал здесь протонный суперсинхротрон, то многие известные физики обещали шляпу съесть, если ничего не найдут. Но ведь нашли же!
— Но сейчас предсказать будущие открытия невозможно?
— Сейчас нет. Но темную материю надо искать всеми возможными способами. Потому что признать, что мы знаем так мало, но мы знаем, что мы знаем мало и сколького еще не знаем, – это же потрясающе! Это эволюция Вселенной.
Вообще, это удивительно само по себе, почему человеку дано искать ответы на вопросы, которые не рождаются из нашего опыта, но приводят к созданию множества технологий. Почему нам? Человечество же — это мгновение в истории Вселенной. Но именно нам дано понимать, что происходило при эволюции Вселенной. Причем теории, которые мы сейчас вывели на основании опыта в течение короткой жизни, скажем, сотню лет на Земле, они позволяют не просто умозрительно объяснить, но и рассчитать многие вещи, которые были за много миллионов лет до нас. Но, правда, чем ближе к началу этого, тем труднее и дороже это стоит.
Мы думаем, что возможности человеческого разума заложены эволюцией, но почему эволюция дала человеку такие способности? Тут можно даже более простой вопрос задать – попросить математика или физика нарисовать четырехмерный куб. И ведь нарисует! И вот почему человеку дана возможность себе это смоделировать и вообще представить? Значит, нам дано гораздо больше.
Поэтому существование темной материи — это, конечно, одна из проблем. Дальше – существование темной энергии, что не сводится к темной материи. И это огромный пробел в нашем знании, но мы должны ее понять, как эта энергия влияла на развитие Вселенной. Затем проблема барионной асимметрии. Почему в мире мы не видим эти материи? Казалось бы, все уравнения симметричны частицами и античастицами, а в природе мы их не видим. Мы можем родить их при столкновении, но антимиры мы не видим. То есть ясно, что мы многого не знаем. Кстати, самый трудный вопрос – что было до того, когда ничего не было? И вот к этому наши нейроны в мозгу пока не смогли смоделировать ситуацию.
Так что, конечно, 50 на 50. Но и эти 50%, если это будут новые открытия, – это очень много!
По крайней мере, мы должны лучше понять свойства частицы бозона Хиггса. Это, конечно, маленький кусочек айсберга. Ну что такое, скажем, открыть частицу? Если теория верна, то это лишь маленькая волна на огромном море. Потому что мы открыли существование целого огромного хиггсовского поля – такого качества физического объекта еще не было никогда признано и понято.
Если говорим об открытии бозона Хиггса или частицы света – гамма Кванта. Фотон — это ведь маленькое возбуждение магнитного поля. Так вот и бозон – это частичка возбуждения этого огромного поля, которое существует в вакууме.
— А какой вклад российские ученые намерены внести в повторный запуск БАКа?
— Во-первых, мы уже внесли и будем вносить вклад в улучшение детектора. В постановку новых задач, скажем, в увеличение просто мощности ускорителя. Это требует новые детекторы, которые способны видеть частицы в более широком спектре, в том числе видеть те частицы, которых еще не видели. То есть нужно достичь новой чувствительности.
Ясно, что явление рождения частицы не просто получить. Но будет много обычных процессов, которые понятны. А на их фоне надо увидеть то, что необычно. Поэтому нужна большая интенсивность сталкивающихся частиц. А для этого нужно иметь детекторы, которые не будут ослеплены этим огромном количеством событий и смогут на их фоне увидеть что-то необычное. Нужна и традиционная стойкость, живучесть этих появляющихся полей. И это, конечно, тоже технологический вызов.
Россия, технологические институты и Дубна, как международный институт, уже внесли ключевой вклад в модернизацию многих элементов детекторов БАКа. И сейчас уже идет работа над проектом будущего детектора. Потому что уже принято решение, о том, что в 2023 году заработает новый детектор, который сможет принять просто гигантские потоки сталкивающихся протонов. И для этого нужны новые принципы испытания техники. И здесь Россия, российские ученые предлагают часто уникальные возможности. И на нас очень надеются. Потому что мы можем за меньшие деньги сделать больше.
Поэтому я могу смело сказать, что коллаборации придают большое значение тому вкладу, который российские физики, физики из Дубны внесли в программу модернизации детектора и еще работают над тем, чтобы быть готовыми внести новые идеи для нового детектора, и это станет совершенно гигантским шагом в новой программе.
— А что еще исследователи предполагают обнаружить в ходе экспериментов на БАКе?
— Очень важно, что ЦЕРН понимает, что нельзя допустить, чтобы такие огромные усилия ни к чему не привели. Ведь нельзя всех мыслящих людей сконцентрировать на чем-то одном. Поэтому есть и другие задачи. В частности, свойства нейтрино, явление осцилляции нейтрино, наличие новых нейтрино, которые объясняют многие явления. Поэтому нейтринная программа занимает особое место в исследованиях ЦЕРНа, и здесь вклад российских ученых очень большой.
Относительно недавно был предложен группой российских институтов — и Дубна, может быть, к ним присоединится — эксперимент по поиску определенных типов темной материи и тяжелого, стерильного нейтрино. И ЦЕРН это поддержал, потому что увидел, что российская программа раз в десять дешевле, чем то, что предложили другие институты. Поддержал настолько, что мы должны провести первые изучения чувствительности детектора для этого эксперимента уже к осени этого года.
Это один из примеров того, когда российские ученые предлагают программу, которую принимает на ура международное сообщество здесь, в ЦЕРНе. Есть и другие конкуренты, которые предлагают эксперименты дороже, но по обнаружению явлений, предсказанных российскими физиками из Академии наук.
Поэтому мы должны гордиться тем вкладом, который мы вносим. И когда ОИЯИ дали статус наблюдателя в ЦЕРНе — это шанс для дальнейшего укрепления сотрудничества и его активизации, — мы решили, что нас это обязывает и к тому, чтобы мы вырабатывали свое мнение и предлагали свое решение по каждому элементу программы ЦЕРНа. Потому что в нашей области знаний результата можно добиться только концентрацией всего интеллекта мира – инженерного, научного, технического и, конечно, теоретического. Без этого результата невозможно получить.
Физика частиц просто обязывает к международному сотрудничеству. Кстати, и в Дубне и ЦЕРНЕ был выдвинут лозунг, что наука сближает народы. И это действительно так.
