Директор ФИАНа, член-корр. РАН Николай Николаевич Колачевский, рассказал АНИ «ФИАН-информ» об участии ФИАНа в проектах ЦЕРНа: о прошлом, настоящем и планах на будущее. О важности церновских проектов для отечественной науки и страны, и о развитии сотрудничества с ЦЕРН в области молодежной науки.
Так уж повелось, что в конце года все подводят итоги и загадывают на будущее. Хотя научный мир ФИАНа более солиден и строг в этом отношении, но и он не чужд строительства новых планов. Вот только охватить в одно мгновенье их все не удастся: слишком уж широко поле деятельности! А потому мы решили узнать об одном из многих, но весьма известных в мире, направлений – о церновских проектах. Со своими вопросами мы обратились к директору ФИАНа, член-корр. РАН Николаю Николаевичу Колачевскому.
– Николай Николаевич, насколько мне известно, недавно Вы с группой ученых ФИАНа посетили ЦЕРН. Какова была цель визита?
Этот визит связан как с укреплением уже существующих связей ФИАНа и ЦЕРНа, так и с формированием новых направлений сотрудничества с нашим участием. В ходе поездки состоялась встреча с высшим руководством ЦЕРНа: будущим директором Фабиолой Джанотти, руководителями (точнее – споуксменами) таких крупных проектов, как ATLAS и CMS. Фабиола Джанотти ранее была споуксменом проекта ATLAS, а с 2016 г. заступает на должность генерального директора ЦЕРНа. Учитывая грядущие кадровые изменения, этот визит был вдвойне важен для нас.
В ЦЕРНе работает большое число российских ученых, среди которых фиановцы представляют внушительную группу. Исторически ФИАН активно присутствует в работах ЦЕРНа, начиная с 70-х годов. За эти годы наши сотрудники высоко себя зарекомендовали. В частности, споуксмен ATLAS очень тепло, с большим уважением и благодарностью отмечал роль одной из наших сотрудниц, которая работает в ЦЕРНе с 1978 г., – ведущего научного сотрудника ФИАНа Алевтины Павловны Шмелевой. Кстати говоря, Алевтина Павловна активно участвовала в организации прошедшего визита в ЦЕРН, за что мы все ей отдельно благодарны.
Слева направо: Николай Николаевич Колачевский, Алевтина Павловна Шмелева, Фабиола Джанотти
В настоящее время наши ученые работают на большинстве крупных установок ЦЕРНа и участвуют в таких проектах, как ATLAS, ALICE, CMS, COMPASS, GBAR. И хотелось бы отметить, что все споуксмены, с которыми мне лично довелось пообщаться во время нынешней встречи, очень хорошо отзывались о наших сотрудниках, давая высокие оценки их уровню профессионализма и научного потенциала, подчеркивая, что их важную роль как в текущих, так и планируемых работах.
Вклад фиановцев в ЦЕРН и его проекты существенен как в научных, так и в технических работах. Например, именно наши сотрудники занимались созданием и установкой торцевых детекторов переходного излучения в ATLAS’е, а также отвечают за весь комплекс детекторов переходного излучения в его внутренней части. Это – полимерные трубки, наполненные газовой смесью, которые регистрируют источники треков переходного излучения. Данная область является важной частью всего эксперимента для выявления частиц, образовавшихся в результате высокоэнергетических столкновений. Помимо чрезвычайно интересной физики возникает и много технических задач, которые, впрочем, без глубокого понимания физики тоже не решить.
Значителен вклад фиановцев и в теоретические исследования: разработку принципов анализа данных экспериментов и их реализацию в вычислительных программах экспериментов CMS, в проектах COMPASS и CLOUD.
На самом деле ЦЕРН – исключительно высокотехнологическая организация. Скажем, была сформулирована научная задача по поиску бозона Хиггса в канале «γ-γ». Реализация этой задачи приводит к необходимости решения очень сложных технических проблем. Например, детекторы: типы детекторов, как их расположить, как сконфигурировать вокруг точки взаимодействия? Или как сформулировать концепцию электроники, как ее реализовать? Как осуществить предварительную обработку данных? Дальше начинаются тоже непростые задачи постанализа: как передать эти огромные массивы данных на сервера? А сервера расположены по всему миру, это так называемая система GRID. И здесь приходится решать задачи обеспечения необходимой пропускной мощности сетей Интернет, своевременной передачи данных, оперативной их обработки и получения конечных результатов.
Сейчас начинается фаза проектирования по модернизации детекторов CMS и ATLAS, который пройдет в период 2020-2025 годы. Речь идет о замене внутренних детекторов на кремниевые стриповые пластины – совершенно новые технологии. К тому времени будет значительно повышена светимость пучков – более чем на порядок вырастает количество треков от рождающихся частиц. Это накладывает ограничение на быстродействие и разрешение детекторов. Помимо этого требуется совершенно другая радиационная стойкость детекторов. И ФИАН участвует в модернизации: и в разработке детекторов, и в проектировке установок, систем сбора и анализа данных.
Еще два больших проекта на «далекое» будущее – это SHiP и GBAR. Оба проекта рассчитаны на участие ФИАНа как минимум до 2025-2030 годов. О первом из них «ФИАН-информ» уже писал, поэтому повторяться не буду.
А во втором эксперименте, можно сказать, я лично заинтересован – это область научных интересов моей группы. Проект реализуется международной коллаборацией, участниками которой являются и сотрудники ФИАНа. GBAR – амбициозный проект, направленный на исследование вопросов гравитации антиматерии. В настоящее время рядом с замедлителем протонов ELENA строится ряд установок по исследованию антиматерии. Во время нашего визита нам удалось побывать на этом строительстве. Зрелище впечатляющее!
Часть установок введена в действие, уже получены яркие результаты. Например, в рамках эксперимента ALPHA в 2010 г. удалось накопить достаточное количество антиводорода, провести первые спектроскопические измерения. Сейчас планируется продолжение этих работ, проведение экспериментов по оптической спектроскопии антиводорода и, самое интересное, – исследование гравитации антиматерии. Вообще, вопрос который беспокоит ученых очень давно: симметрия «материя – антиматерия». Чем они отличаются? Известно, наш мир состоит только из материи, что свидетельствует, что отличие все-таки есть. Другой вопрос – на каком уровне: электромагнитном, гравитационном или?.. Мы этого пока не понимаем.
Группа коллаборации GBAR и делегация ФИАНа осматривают экспериментальный корпус замедлителя антипротонов (AD), где будут проводиться эксперименты по исследованию антиматерии. Внизу идет строительство установки ELENA для накопления и охлаждения антипротонов
Для ФИАНа экспериментальное исследование антиматерии – совершенно новая тематика. И здесь, как и в других церновских проектах, мы осуществляем двойное участие. С одной стороны, это теоретические разработки, направленные на решение задачи отражения антиматерии от зеркальной поверхности барьера казимировской силы. Решение этой задачи является одним из основополагающих элементов всей теоретической базы проекта.
С другой стороны, ФИАН планирует создание, в рамках совместных работ с Российским квантовым центром, экспериментальной установки по выполнению тестов на атомах водорода. Теоретически предсказано, что поведение водорода и антиводорода в гравитационном поле должно быть схожим. Исследуя квантовые состояния атома водорода в гравитационном поле, можно будет строить модели ожидаемого поведения антиводорода в подобных условиях. Так что создание такой установки позволит нам вплотную подойти к вопросу гравитации антиматерии.
– Насколько тяжело поддерживать столь высокий уровень участия ФИАНа в проектах ЦЕРНа?
Конечно, для того, чтобы ФИАН и дальше мог «держать марку», мог реализовывать свои научные интересы в ЦЕРНе, был востребован в международных коллаборациях, приходится решать множество задач. И зачастую далеко не научных.
В частности, чтобы в упомянутой системе передачи данных сервер ФИАН не оказался «выброшен на обочину», необходимо как-то решать вопросы с увеличением пропускной способности интернет-каналов: система настроена так, что автоматически выбирает тот сервер, куда проще и быстрее передать данные, а затем и получить результаты. И если мы будем уступать по возможностям, то анализ будем проводить не мы, а другие страны. Вот такой естественный отбор по-научному.
Другой, не менее важный вопрос связан с финансированием. Подразумевается, что страна-участник финансирует свою группу, делегирует своих сотрудников в ЦЕРН, они там работают. При этом необходимо обеспечивать длительное пребывание в таких научных командировках: мало-мальски стоящие результаты можно получить не раньше, чем через три месяца работы!
В странах Европы, например, наличие статуса участника церновской коллаборации у какого-либо ученого или научной группы фактически обеспечивает получение финансирования со стороны государства на соответствующие научные проекты. Российские же ученые постоянно решают проблемы даже с таким «проходным» вопросом, как регулярные членские взносы внутри коллаборации. Раньше это хоть как-то пытались решать за счет научных программ Президиума РАН. В настоящее время, когда программы подверглись 60 %-ому секвестру, перспективы становятся весьма туманными.
Сейчас для решения всех этих вопросов необходимо создавать межведомственные группы, формировать новые межинститутские программы и, конечно, по возможности, поддерживать существующие группы и контакты.
Нам, – не только ФИАНу, но и российской науке в целом, – главное не потерять набранного за последние несколько лет темпа.
– Наверняка найдутся желающие спросить: зачем все это? Может, надо «сначала накормить, а потом – воспитывать», как говорил известнейший лозунг начала XX века? И так ли важно, участвуют российские ученые в проектах ЦЕРНа или нет?
Очень обидно, что Россия так и не стала до сих пор страной-участником ЦЕРНа: необходим большой взнос, около 10 млн. евро в год. Но это ведь обоюдная выгода. Да, с одной стороны, стране-участнице необходимо вносить взнос. А с другой, – ЦЕРН даже и рад был бы, но формально не имеет права размещать свои заказы на расходные материалы (например, газ ксенон), изготовление отдельных частей и элементов оборудования и т.д. в России, поскольку она не является страной-участницей. Также мы не имеем возможности беспрепятственного обмена технологиями, созданными в ЦЕРНе, а таких много. Помимо финансовых вливаний, это позволило бы развиваться и российскому наукоемкому производству.
О том, что ЦЕРН заинтересован в подобном сотрудничестве, свидетельствует хотя бы тот факт, что во время нашей встречи со споуксменами коллаборации и Фабиолой Джанотти, они специально затрагивали этот вопрос.
Велика и научная важность постоянного участия в церновских проектах. В ходе их реализации ученые приобретают ценнейшие знания в различных областях физики, которые в дальнейшем могут получить свое развитие и в более «приземленных», чем поиск отдельной частицы, разработках. Нельзя забывать, что любому прикладному изобретению предшествовали годы на бытовой взгляд «ненужных» фундаментальных поисков! А проекты ЦЕРНа столь глобальны, что ни одна страна мира не сможет их реализовать в одиночку и, следовательно, получить подобные результаты. Ослабить свое присутствие в ЦЕРНе для России равнозначно глубокому отставанию в физике, химии, технике.
Участие молодых ученых и аспирантов в церновских проектах позволяет воспитывать новые поколения ученых, которые потом будут работать в интересах отечественной науки. Следует понимать, что во всем мире ученых очень мало! Научных сотрудников – много, а ученых – мало. И привлечь сторонних людей в свою науку чрезвычайно сложно. Ученых надо не покупать, а выращивать. А они входят в дело годами.
Проекты ЦЕРНа для страны – это настолько многоплановый, знаковый научный момент, что его нельзя упускать, несмотря ни на какие политические, финансовые и организационные сложности. Недаром даже в самые сложные времена, наша страна, СССР, участвовала в международных коллаборациях. И всегда старалась поддерживать хорошие научные отношения.
Виноградники, Альпы, ЦЕРН и «большая» наука…
– Однако у Вашего визита в ЦЕРН была и еще одна цель?
Да, еще один вопрос, который обсуждался с руководством ЦЕРНа, – это привлечение молодежи.
В ЦЕРНе везде много групп школьников и студентов, которые приезжают на экскурсии. И вроде как все это очень хорошо выглядит, но… руководителям проектов нужна молодежь, работающая непосредственно на проектах и установках. Иначе говоря, – рабочие руки.
В ЦЕРНе существует ряд молодежных программ, которые мы и обсуждали во время визита. Одно из основных ЦЕРНовских направлений поддержки молодых кадров – инженерно-техническое, небольшой процент программ связан с научными проектами. В большей степени ЦЕРН заинтересован именно в инженерно-технических молодых кадрах. А в отношении научных сотрудников существуют жесткие квоты. Дело в том, что ЦЕРН – место сосредоточения ученых со всего мира. Их там, если конечно уместно так говорить, даже с избытком. Участники коллабораций поддерживаются своими университетами, институтами и центрами. А вот люди, которые на месте могут собрать детектор, систему передачи данных, наладить установку в ЦЕРНе – на вес золота. Они весьма и весьма востребованы.
– Но насколько это направление будет интересно начинающим ученым? Как им ответить, где здесь наука?
Вопрос сложный. Где граница между наукой и техникой? Я даже для себя еще не определил. Да, есть «чистая наука» – теория в рамках фундаментальных направлений. Но вот если вы начинаете решать практические задачи, то провести черту раздела невозможно. Я знаю множество ученых, и в России, и за рубежом, которые посвятили свои диссертации чисто техническим вопросам, разработкам установок.
К тому же утверждать, что предлагаемая ЦЕРНом область – «чисто техническая», нельзя. Там очень много физики. Есть глобальная физика – это бозон Хиггса, каналы распада и т.д. А есть физика другого уровня. Предположим, почему газ, который облучается интенсивными потоками частиц, разрушает данный материал? Или как оптимизировать сигнал от детектора, решить сложную математическую задачу по восстановлению треков? Это – наука, не техника. С другой стороны, когда имеется такой гигантский научный проект, кажется, что есть одна такая «светлая» задача, а все остальное – технические вопросы.
Когда ищешь себя и свое место в науке, необходимо думать не только о великих открытиях, но и о востребованности именно в современных научных реалиях. И эти реалии таковы, что без «золотых рук» в науке – никуда. А в качестве дополнительных аргументов для молодых ученых могут послужить примеры великих российских (да и не только!) ученых, которые собственными руками собирали экспериментальные установки. И имевшиеся технические навыки были великим подспорьем для них.
Еще один интересный круг возможного взаимодействия в плане молодежной политики – это летние школы ЦЕРНа, приводящиеся в рамках определенного проекта, плюс обзорная программа. И если первое направление ориентировано на уже защитившихся кандидатов и аспирантов, то формат летних школ дает возможность поучаствовать в них и студентам старших курсов.
Конечно, невозможно гарантировать, что если завтра в ФИАН придет молодой сотрудник и попросится работать в ЦЕРН, его сразу же туда направят. Каждый рекомендуемый нами человек, даже самый активный и талантливый, это – лицо нашего Института. Поэтому, прежде, чем выйти за «порог», необходимо поработать в научном коллективе, доказать свою состоятельность как ученого. Такой путь – от работы в лаборатории ФИАНа до международных конференций и, наконец, ЦЕРНа (или других крупных научных проектов и центров), – проходят все без исключения молодые люди, которые решили связать свою жизнь с наукой и ФИАНом. Когда-то такой путь проходил и я. И по собственному опыту могу сказать, что очень многое зависит от твоего желания учиться, расти и развиваться.
Впрочем, то же самое можно сказать и о ФИАНе. У него тоже есть это желание – учиться, расти и развиваться. И все время находиться в поиске: новой физики, новых областей в «старой» физике, новых горизонтов. Поэтому наш Институт, несмотря ни на какие испытания, по-прежнему является одним из самых известных центров физической науки в мире.
Беседовала Е. Любченко, АНИ «ФИАН-информ»
________________________
От редакции. Автор фотографии в заголовке статьи – Владимир Андреев. Остальные фотографии предоставлены Н.Н. Колачевским.
