Дубна-inform

Наука — не свод ответов

14:07 18.11.2020

На смену «динозаврам» приходят маленькие, юркие «млекопитающие»-ускорители.

О развитии проекта NICA рассказал замначальника ускорительного отделения Лаборатории физики высоких энергий (ЛФВЭ) канд. физ.-мат. наук Анатолий Сидорин.

— С 1995 года вы работаете в ОИЯИ и в последнее время участвуете в создании нового ускорителя частиц на встречных пучках NICA. Как начинался этот проект?

— Проект NICA (англ. Nuclotron-based Ion Collider fAcility) начинался «сверху» — по инициативе директора ОИЯИ Алексея Сисакяна — примерно с 2005 года; первые обсуждения начались чуть раньше. Алексей Норайрович искал пути выхода из трудной ситуации, в которой находился институт. Для этого нужны были крупные проекты в Дубне, которые привлекли бы в первую очередь стран-участниц и были бы интересны и с научной, и с прикладной точки зрения. Он увидел три таких возможных проекта: модернизация IBR-2 в лаборатории нейтронной физики, создание нового циклотронного комплекса Лаборатории ядерных реакций (ЛЯР) и — по фундаментальной науке, которой он занимался как теоретик, — как раз проект NICA.

Первый вопрос в проекте NICA был: а способна ли вообще базовая установка ОИЯИ «Нуклотрон» обеспечить проектные параметры? Тогда «Нуклотрон» был фактически вне бюджета: на его нормальное развитие и функционирование средств не было. Для ответа на этот вопрос в 2007 году были начаты работы по его модернизации. Это делалось по личной инициативе академика Сисакяна: он находил все возможные источники финансирования, и благодаря его активности проект пошел. Алексей Сисакян нашел и достойного руководителя работ — Григория Трубникова, который лег грудью на амбразуру.

Первые два или три года его жизни здесь, на комплексе, прошли в неустанной борьбе за то, чтобы обеспечить людям возможность нормальной работы. Проект был инициирован сверху, поэтому рядовые сотрудники поначалу на него смотрели с определенным недоверием. В дирекции не видели, что мы столкнулись с почти технологической катастрофой: не было нормальной вакуумной системы ускорителя, не было своей системы питания (использовались источники, которые когда-то работали на «Синхрофазотроне» ОИЯИ). Это был ускоритель, у которого часть систем просто не была создана: в процессе запуска использовалось то, что было под руками.

— Вспомните переломный момент, когда всё пошло вперед?

— В 2009 году ученым советом ОИЯИ был одобрен проект NICA и принят на комитете полномочных представителей стран-участниц ОИЯИ, а в 2011 и 2012 годах были продемонстрированы основные результаты модернизации «Нуклотрона». Достигли двух показателей, которые Алексей Сисакян обозначил критериями успеха проекта: ускорены ионы с атомным (массовым) номером больше 100 и продемонстрирована работа магнитной системы при проектной величине поля. И хотя состояние «Нуклотрона» тогда, конечно, еще оставляло желать лучшего, но начались радикальные изменения, и народ в проект поверил. На этот раз это не были просто политические заявления.

— В задачи фундаментальных исследований на комплексе NICA входит создание барионного вещества, кварк-глюонной плазмы. Можете объяснить, в чем суть дела?

— В 1960-1970-х годах ученые установили, что протон и нейтрон не являются элементарными частицами, а состоят из кварков. Свободных кварков никогда никто не наблюдал, но сейчас все уверены, что кварки — это реально существующие частицы. Почему-то в нашем мире все кварки встречаются только группами и не могут оторваться друг от друга, но бывают состояния вещества, когда они ведут себя как свободные частицы. Одно из таких состояний, называемое кварк-глюоонной плазмой (глюоны — это частицы, обеспечивающие взаимодействие между кварками), было открыто в начале двухтысячных. Саму эту плазму напрямую наблюдать нельзя, можно наблюдать только последствия, которые ее существование породило. По поводу этого открытия есть много мнений, разных интерпретаций результатов экспериментов. Но наука — это не сводка ответов на все вопросы, наоборот, ответ на любой вопрос порождает сотни новых вопросов; наука — это свод актуальных вопросов, на которые надо дать ответы.

Открытие кварк-глюонной плазмы сделало возможным поиск ответов на многие вопросы: как ее свойства зависят от плотности и температуры вещества, при каких условиях происходит переход от обычного вещества в кварк-глюонную плазму, как осуществляется этот переход? Наши дубнинские теоретики довольно активно развивали как раз представление о некой переходной области. Предполагается, что должна существовать и смешанная фаза (и это во многом предсказание наших теоретиков), при которой есть и частицы обычного вещества, и свободные кварки и глюоны. Параметры коллайдера NICA выбраны как раз таким образом, чтобы обеспечить возможность возникновения этой смешанной фазы при столкновениях ускоренных ядер золота. Это — одно из направлений научной программы комплекса NICA.

— Вторая часть программы — это спиновая физика…

— Это тоже наследница очень длительного периода развития нашей лаборатории. Примерно с начала 1980-х на «Синхрофазотроне» начали ускорять поляризованные пучки дейтронов. По параметрам пучков «Синхрофазотрон» был достаточно представительной установкой, вокруг которой сформировалась авторитетная школа по спиновой физике, которая, к счастью, еще до конца не успела исчезнуть. И представители этой школы определили вторую задачу для коллайдера NICA.

Замечу, что в физике спина есть много интересных задач, но возможность их решения зависит в первую очередь от тех параметров пучков, которые может обеспечить ускоритель. В 2016-2017 годах мы провели два сеанса работы «Нуклотрона» с поляризованными пучками, и это было возрождением спиновой программы в лаборатории через 13 лет полного молчания. Эти 13 лет ушли на то, чтобы создать новый источник ионов, подготовить инфраструктуру для его нормального функционирования. Пока максимальные параметры достигнуты не были, но есть уверенность, что планы исследований по спиновой физике на комплексе NICA вполне реалистичны.

— Значит, работа несется на волне энтузиазма?

— Когда проект начинался, конкретные исполнители очень сильно зависели от руководства ОИЯИ в том плане, что финансирование обеспечивалось только благодаря его активности, и проект мог двигаться. Сейчас, после того как были установлены рамки, в которых проект осуществляется, проблемы финансирования практически снялись. Локальные — могут возникать, но они решаются в рабочем порядке. Сейчас главная задача — максимально эффективно использовать выделенные средства в максимально сжатые сроки. Характер задач поменялся. Одно дело, когда пробивают финансирование, — тогда нужен энтузиазм; а когда реализуется проект, нужна просто систематическая аккуратная работа, что на самом деле намного труднее. Первый этап проще, он более благодарный. Ты вкладываешь труд и видишь, как дело возникает. А когда оно возникло, его уже нужно наполнить. А это значит — кропотливо работать каждый день.

— Расскажите про прикладную программу коллайдера NICA…

— Россия участвует в создании комплекса NICA как мегасайенс-проекта не в последнюю очередь из-за возможностей прикладного применения получаемых пучков ионов. Центров, где можно получать пучки с такими параметрами, на территории России не осталось, и во всем мире их всего три или четыре. Спектр применения таких пучков достаточно широк: например, исследования радиационной стойкости микросхем, и в этом наиболее заинтересован Роскосмос; это и исследования по радиобиологии. Планируется отработка технологий для радиационной медицины: получение требуемого дозового поля, методики сертификации и так далее. Для лечения больных наш комплекс не приспособлен — пучок слишком дорогой и невозможно удовлетворить всем медицинским требованиям, — но пучки протонов и углерода с нужными параметрами будут обеспечены. Еще одно направление связано с отработкой технологии переработки отходов ядерного топлива.

— А не планируется использование коллайдера в качестве источника для управления ядерным реактором?

— Нет, это задача не для комплекса NICA. Для ядерного реактора нужен ускоритель, который обеспечивает пучки с мощностью в несколько мегаватт в непрерывном режиме. Средняя мощность пучка на выходе «Нуклотрона» измеряется ваттами, а не мегаваттами — это ничтожно мало даже для того, чтобы исследовать прототипы реальных энергетических устройств. Но можно искать оптимальный диапазон энергии, исследовать распределение нейтронов внутри облучаемого образца — т. е. вопросы, которые связаны не непосредственно с технологией, а скорее с концепцией работы реактора управляемого ускорителем. И такие работы на комплексе NICA планируются.

— Чем, по-вашему, ускоритель NICA наиболее интересен мировому сообществу? Чем он будет отличаться от других ускорителей? Может ли запуск NICA как-то изменить характер работы ОИЯИ, сделать его более глобально ориентированным?

— Интерес к проекту со стороны научного сообщества связан, конечно, в первую очередь с программой фундаментальных исследований. Существует несколько установок в мире, уже работающих и сооружающихся под аналогичные задачи, но у NICA есть шанс на несколько лет стать самой лучшей установкой в мире в этом секторе физики. Поэтому наши зарубежные партнеры активно участвуют в созданных международных коллаборациях по основным экспериментам, и мы их ждем на сеансы, когда комплекс заработает.

Специалисты по ускорителям с интересом относятся к NICA, так как после почти четверти века молчания Россия возвращается в ускорительную физику с крупным проектом. И наши коллеги за рубежом с энтузиазмом помогают в очень многих технических вопросах. Но по большому счету NICA в масштабах человеческой цивилизации — это скромный, можно сказать камерный, проект, небольшая по размерам установка, хотя ее потенциал достаточен, может быть, даже для открытий уровня Нобелевской премии. Она существенно улучшит имидж ОИЯИ, но радикально его не изменит. Мы, конечно, надеемся, что первый сеанс на нашем коллайдере привлечет внимание мировой общественности, в том числе и в странах-участницах.

— Планируется ли свободный доступ к данным экспериментов NICA по примеру LHC в ЦЕРН?

— С точки зрения открытости информации наш ускорительный комплекс работает примерно так же, как LHC. Мне, скажем, интересно во время сеансов в ЦЕРНе в режиме онлайн через Интернет смотреть, что у них происходит с пучком. У нас во время сеанса основные параметры «Нуклотрона» тоже выводятся в Интернет в свободный доступ, разница только в масштабах и, может быть, в детализации выдаваемой информации. Планируется, что такая же степень открытости будет и на коллайдере NICA.

— Насколько NICA важна для науки стран Центральной Европы?

— На мой взгляд, страны Центральной Европы к настоящему моменту уже пережили экономические трудности переходного периода в экономике. Появляются интересные научные проекты, развивается радиационная медицина, создаются новые исследовательские установки. И одна из самых основных проблем — обеспечение этих программ кадрами. Это проблема общая для всего мирового сообщества в связи со снижением социального интереса к инженерным наукам. Но для многих стран-участниц ОИЯИ она обостряется еще и тем, что нет материальной базы для подготовки специалистов. И в этом NICA может помочь. Любая установка такого класса — это и своеобразный университет по подготовке кадров высшей квалификации. В проект сразу закладывается программа развития минимум на 10–15 лет вперед, которая включает несколько последовательных модернизаций. Например, наш коллайдер начнет работу в некоторой стартовой конфигурации оборудования, и, пока на нем будут проводиться исследования, будет проектироваться и изготавливаться оборудование для ближайшей модернизации, которая намечена через два-три года — как раз тот срок, который необходим для подготовки магистерской или кандидатской диссертации.

При этом оптимальный режим работы предполагает, что персонал лаборатории занят эксплуатацией ускорителя, а новые системы готовят молодые люди, которые имеют возможность освоить весь цикл разработки современного оборудования, начиная с концептуального проекта и завершая испытаниями на работающей установке. При этом они осваивают самую передовую современную технику, которая широко применяется не только в физике, но и во многих отраслях народного хозяйства. ОИЯИ — это общий институт для всех стран-участниц, и его оборудование доступно для молодежи любой из них, если есть потребность в таких кадрах и хорошие технические университеты. А это в первую очередь такие страны, как Польша, Украина, Чехия, Беларусь, Болгария, Румыния, Словакия — да практически все страны Центральной Европы.

У нас пока не хватает кадров, чтобы обеспечить выполнение всех намеченных экспериментальных исследований, поэтому программу подготовки кадров многие понимают как программу подготовки персонала для NICA. Но это не так: вовсе не обязательно приезжать в Дубну надолго (хотя мы будем рады принять на работу любого талантливого человека) — мы обеспечим выполнение интересной и сложной работы здесь, а полученный диплом позволит найти интересную работу дома.

— Что вы думаете о будущем ускорительной физики?

— Несколько последних десятилетий основным направлением развития ускорительной физики было увеличение энергии частиц и, соответственно, размеров ускорителей. Ускорители строили не для решения каких-то конкретных задач, а на максимальную энергию. В эту эпоху от физики частиц, которую часто так и называли — физика высоких энергий, — ожидали основных результатов фундаментального значения. Это позволило создать современную теорию микромира — так называемую Стандартную модель. Эксперименты на самом большом ускорителе в мире показали, что все ее предсказания с беспрецедентной точностью выполняются в ускорительных экспериментах, и ожидать каких-то отклонений можно, только построив ускоритель периметром в Солнечную систему. В этом смысле ускорительная физика закончилась. Но только в этом смысле.

Физика переживает серьезную структурную перестройку. Интерес от изучения свойств элементарных частиц всё больше смещается в сторону исследования свойств сложных объектов; они состоят из большого количества частиц, свойства каждой из которых по отдельности уже хорошо известны. Для этого тоже могут использоваться ускорители, но их энергия должна соответствовать конкретной задаче, а конструкция — обеспечивать наиболее благоприятные условия для наблюдений. И это не обязательно должны быть гигантские установки, подобные LHC. Эпоха «динозавров» в науке уходит — они выполнили свою задачу и обречены на вымирание. На смену им приходят маленькие, юркие и умные «млекопитающие». Одной из иллюстраций этого процесса является и проект NICA.

Беседовал Ян Махонин
 «Троицкий вариант — Наука»

Оставить комментарий