Поделиться
В спорах о том, как и на какие средства следует развивать фундаментальную науку, поучительным примером выглядит опыт Европейской организации ядерных исследований (в русской аббревиатуре - ЦЕРН). Учрежденный полвека назад солидарными усилиями двенадцати государств, этот центр на границе Швейцарии и Франции стал мощной точкой притяжения для ученых и специалистов в области физики частиц и физики высоких энергий. А с началом строительства здесь Большого адронного коллайдера интерес мировой научной элиты к сотрудничеству в рамках ЦЕРН многократно возрос.
БАК - это крупнейшая в мире установка для ускорения, накопления и столкновения пучков частиц сверхвысоких энергий. Размещенный в 27-километровом кольцевом туннеле на 100-метровой глубине под землей, он будет в 70 раз мощнее своего предшественника ЛЭП, проработавшего в том же кольце 16 лет. Возможности БАК позволят достигать при столкновениях протонных пучков выделения энергии на один протон в миллионы раз больше, чем энергия от единичного акта термоядерного синтеза.
- Перспективы очень вдохновляющие, - по горячим следам делится впечатлениями от поездки в ЦЕРН руководитель Федерального агентства по атомной энергии академик РАН Александр Румянцев. - Вдвойне приятно от мысли, что российские ученые участвуют в этом проекте на равных. И не только, кстати сказать, ученые, но и многие наши производственные коллективы, не утратившие способность выпускать высокотехнологическую продукцию - надлежащего качества и по цене конкурентоспособную...
Чтобы удержать пучок ускоренных частиц в кольцеобразном подземном тоннеле длиной 27 километров, необходимы сильные магнитные поля, а их можно получить только с использованием эффекта сверхпроводимости. БАК станет самой большой "сверхпроводящей" установкой в мире. Около 4 тысяч тонн металла будет охлаждено до температуры на 300 градусов ниже комнатной. В результате ток 1,8 миллиона ампер побежит по сверхпроводящим кабелям почти без потерь.
Это станет возможным не без участия российских специалистов: в НИИ ядерной физики им. Г.И. Будкера в Новосибирске разработали, обеспечили производство и поставку в ЦЕРН уникальных дипольных магнитов. Четыре тысячи тонн высокотехнологической продукции проделали путь в пять тысяч километров! Это дорого стоит - и в прямом, и в переносном смыслах. Вклад только одного этого института в сооружение БАК оценивается в 90 миллионов швейцарских франков.
Прорыв в Европу новосибирского НИИЯФ - не единичный пример эффективного и взаимовыгодного сотрудничества наших научных учреждений и высокотехнологичных предприятий с ЦЕРН. Первые совместные проекты начались еще в конце 60-х прошлого столетия. В 1968-1975 годах было проведено семь совместных экспериментов на Серпуховском ускорителе, участвовало в них до 150 советских физиков. Развивавшийся по сути параллельно с ЦЕРН Объединенный институт ядерных исследований в Дубне, пришло время, наладил свои каналы сотрудничества с коллегами.
А в 1996 году произошло и вовсе знаменательное для нашей науки событие - был подписан Протокол об участии России в строительстве Большого адронного коллайдера. Деньгами, по понятным причинам, наравне с другими мы участвовать не могли, но зато могли поделиться научными разработками, технологиями, разместить у себя заказы на изготовление сложного и дорогостоящего оборудования для БАК и детекторных станций по заведомо более низким, чем в Европе, ценам.
К этой работе активно подключились Государственный научный центр "Институт физики высоких энергий" (ИФВЭ), что в подмосковном Протвино, Институт ядерных исследований (Москва), РНЦ "Курчатовский институт", Институт ядерной физики им. Б.П. Константинова в Гатчине, НИКИЭТ, Государственный научный центр "Институт теоретической и экспериментальной физики" (ИТЭФ), Объединенный институт ядерных исследований в Дубне, Московский и Санкт-Петербургский госуниверситеты, а также многие организации конструкторского и производственного профиля.
В проектах ЦЕРН, что немаловажно, участвуют и наши некогда закрытые ядерно-оружейные центры в Сарове и Снежинске.
- Они привлекались к созданию уникального оборудования и продемонстрировали высочайший класс, - не без гордости говорит Александр Румянцев. - Это достойный для них вариант конверсии. Технологии, которые прежде использовались в оборонных целях, сейчас находят новую жизнь.
Каждый детектор БАК - высотой с многоэтажный дом и в буквальном смысле напичкан электроникой.
На кольце ускорителя БАК сейчас сооружаются одновременно четыре мощные детекторные станции - ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Это своего рода ловушки и суперсовременные исследовательские лаборатории одновременно. Они призваны помочь ученым обнаружить и инструментально зарегистрировать ожидаемые (предсказанные) теоретиками эффекты при столкновении частиц сверхвысокой энергии, идентифицировать их. А также, вполне возможно, выявить и попытаться объяснить абсолютно новые явления и состояния.
Каждый такой детектор - высотой с многоэтажный дом и в буквальном смысле напичкан электроникой. Достаточно сказать, что CMS весит 12,5 тысячи тонн, спроектирован и строится при широком мировом сотрудничестве 2250 физиков из 33 стран. По технологии, предложенной учеными из подмосковного Протвино, на Богородицком заводе технохимических изделий освоили производство уникальных кристаллов вольфрамата свинца для электромагнитного калориметра CMS, что позволило получить заказ от ЦЕРН на 12 миллионов долларов. Как полагают специалисты, эта технология может дать толчок развитию следующего поколения томографов для медицины.
Ученые из России участвуют во всех готовящихся экспериментах ЦЕРН или, как их еще называют, коллаборациях. Основная цель эксперимента ATLAS - обнаружить так называемый хиггсовский бозон. Тем самым ученые рассчитывают подтвердить или опровергнуть существующие предположения о происхождении массы во Вселенной. Чтобы понять, насколько это непростая задача, достаточно привести лишь одно обстоятельство: при том, что ежесекундно в детекторе будет происходить 800 миллионов столкновений, хиггсовский бозон можно будет наблюдать один раз в день. То есть - один бозон на 10 000 000 000 000 столкновений! В сравнении с этой задачей поиск иголки в стоге сена выглядит детской забавой.
Цель эксперимента ALICE - получить и исследовать кварк-глюонную плазму (КГП). В этом состоянии, как полагают ученые, находились на ранней стадии образования Вселенной кварки (фундаментальные частицы) и глюоны (переносчики сильного взаимодействия), которые теперь, в нынешней "холодной" Вселенной, заключены внутри протонов и нейтронов. Чтобы получить КГП, на ускорителе будут разгонять и сталкивать "лоб в лоб" ионы свинца при энергиях в 300 раз выше тех, что достигались в прежних экспериментах. Возможности нового ускорителя позволяют нагревать вещество до температур, при которых получение КГП станет обычным делом, считают оптимисты.
В коллаборации ALIСE, по словам координатора работ с российской стороны Владислава Манько, участвуют десять наших институтов. Для них это не только возможность применить уже накопленные знания, но и шанс сохранить коллектив в условиях затянувшего безденежья фундаментальной науки, зажечь молодых исследователей открывающимися перспективами в амбициозном международном проекте.
Впрочем, выгоду от такого сотрудничества успели ощутить не только сугубо научные организации.
- В заполярных Апатитах для детектора ALICE выращивают кристаллы фольфрамата свинца, - академик Александр Румянцев демонстрирует прозрачный параллепипед весом около полутора килограммов. - Эту технологию четыре года назад предложила группа ученых из РНЦ "Курчатовский институт", где я тогда работал, и харьковского института "Монокристалл". Завод, можно сказать, "лежал" - никаких заказов не было, а сейчас двести человек работают в круглосуточном режиме, в месяц до полутысячи кристаллов отправляют заказчику. Качество поставок и график строго выдерживаются. Руководство ЦЕРН, насколько мне известно, хотело бы расширить масштабы этого сотрудничества...
Словом, ЦЕРН, с какой стороны ни посмотри, это обоюдовыгодное взаимодействие частиц, людей, идей, различных культур - это соединение и умножение возможностей.
Досье "РГ"
ЦЕРН основан в 1954 году двенадцатью странами. Расположен по обе стороны франко-швейцарской границы к западу от Женевы у подножия горного массива Жюра. К началу нынешнего века число государств-участников увеличилось до 20, штат постоянных сотрудников достиг 2500 человек. Оборудованием ЦЕРН пользуются около 7000 ученых - почти каждый второй, кто занимается исследованиями фундаментальных частиц.
Решение о начале сооружения Большого адронного коллайдера принято в 1996 году. Стоимость рассчитанного на десять лет проекта - 2,6 миллиарда швейцарских франков. 80 процентов затрат покрывает из своих источников ЦЕРН, пятая часть (20 процентов) приходится на долю Канады, Индии, Японии, США и России. Вклад России в денежном выражении - 133 миллиона швейцарских франков. При том, что это менее 5 процентов от общей стоимости БАК, доля участия российских физиков в последующих экспериментальных исследованиях на этом комплексе составит в среднем 16 процентов. Это результат признания интеллектуального вклада российских ученых в развитие физики высоких энергий вообще и в осуществление проекта БАК, в частности.