Андрей Ваганов Еще совсем свежи в памяти коллизии – научные, околонаучные и откровенно политические, – которые сопровождали выбор места строительства первого международного экспериментального термоядерного реактора, ITER. В итоге счастливой обладательницей на своей территории этого международного научного мегапроекта стала Франция – реактор уже начал строиться в городке Кадараш на юге страны. Но не успели остыть термоядерные страсти, как постепенно начинают накаляться не менее высокоэнергетические страсти вокруг нового уникального физического проекта – Международного линейного коллайдера (International Linear Collider, ILC). В буквальном переводе на русский ILC означает – «линейный сталкиватель». В этом ускорителе элементарных частиц нового поколения будут сталкиваться, лоб в лоб, электроны и позитроны. Длина ускорительной трубы – десятки километров. В системе центра масс сталкивающихся частиц энергия будет достигать гигантских значений – от 500 до 1000 гигаэлектронвольт! Зачем физикам понадобился такой беспрецедентно мощный прибор? Какие страны и национальные исследовательские организации претендуют на строительство у себя ILC? Каковы шансы России в этом научном соревновании? И зачем вообще это нам надо? На все эти вопросы в беседе с корреспондентом «НГ» пытается найти ответ профессор, член-корреспондент РАН, директор Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна), Алексей Сисакян.
– Алексей Норайрович, если сравнивать Большой адронный коллайдер (LHC), строительство которого завершается в Европейском центре ядерных исследований, ЦЕРН, в Женеве и проект Международного линейного коллайдера (ILC), в чем отличие и особенности ILC? Какие фундаментальные вопросы физики элементарных частиц и высоких энергий предполагается исследовать с помощью ILC?
– Действительно, проект Международного линейного коллайдера, ILC, является следующим логическим шагом после проекта LHC. Как вы знаете, LHC (Large Hadron Collider) – это машина, где сталкиваются адроны; это – составные элементарные частицы, они сложные объекты. В то время как в ILC предусматривается столкновение электронов и позитронов: в отличие от адронов это точечные частицы.
По идее, можно себе представить, что мог бы быть и кварковый коллайдер. Кварками называют частицы, из которых построены адроны. Но пока физики и инженеры такого не придумали. Самыми изысканными приборами в этом отношении являются именно электрон-позитронные ускорители, в частности – ILC.
– То есть прототипы для ILC уже есть в мире?
– Безусловно. Но при таких энергиях, о которых идет речь, – от 500 ГэВ (гигаэлектронвольт) до 1 ТэВ (тераэлектронвольт, то есть – 1000 гигаэлектронвольт) – электроны и позитроны еще не сталкивались.
Перед Большим адронным коллайдером стоят две принципиальные задачи: поиск так называемых бозонов Хиггса – элементарных частиц, ответственных за образование массы, и открытие суперсимметричного мира, существование которого – пока только гипотеза. Но на линейном коллайдере мы сможем эти свойства изучить досконально. В этом смысле LHC – это своеобразная «машина поиска», а ILC будет как бы «фабрикой» хиггсовских и суперсимметричных частиц. Это означает, что их будет много рождаться в момент электрон-позитронных столкновений.
Большой спектр вопросов связан с изучением так называемой темной материи и темной энергии. Вы знаете, что на рубеже веков, когда складывалось впечатление, что нам уже все известно о фундаментальном строении материи и Вселенной, вдруг из космологических наблюдений стало понятно: та материя, которую мы до сих пор изучали, составляет всего лишь четыре процента от всей материи, которая находится во Вселенной. Все остальное – темная энергия и темная материя. Что это такое – пока неясно. Одним из претендентов на темную материю можно назвать как раз суперсимметричный мир. Но есть и другие альтернативы┘
Для того чтобы такие альтернативы изучать, без такого прибора, как ILC, просто не обойтись. Речь идет о том, чтобы изучать самые глубинные свойства материи.
– «Суперсимметричный мир» – что это такое?
– Идеи суперсимметрии (SUSY) лежат в основе новой фундаментальной теории элементарных частиц. Мир, в котором мы живем, который мы ощущаем ежесекундно, он состоит из частиц – протонов, нейтронов, электронов┘ Из этих элементов конструируются ядра, атомы, молекулы и так далее, весь вещественный и материальный мир вокруг нас, включая и самого человека.
Но в то же время известно, что существует и антивещество. В лабораторных условиях элементы антивещества были синтезированы и у нас, на Серпуховском ускорителе элементарных частиц, и в ЦЕРНе – на ускорителе предыдущего поколения LEP (Большой электрон-позитронный ускоритель). Но антивещество существует не только в лабораторных условиях. Оно существует и виртуально – во время процессов соударения (например, в космических лучах) эти античастицы появляются. В теоретических построениях, которые сегодня получили лишь косвенные экспериментальные подтверждения, присутствует, в добавление к этому миру и антимиру, еще более высокая симметрия. Всем этим частицам и античастицам отвечают еще некоторые представители суперсимметричного мира.
Считается, что первые указания на существование SUSY-партнеров будут получены на LHC, а далее, варьируя энергию в экспериментах на ILC, можно детально исследовать спектр масс и свойства суперсимметричных частиц и определить фундаментальные параметры SUSY-модели.
Это более высокая степень симметрии, которая должна существовать в природе, но пока объекты этого суперсимметричного мира не обнаружены. Для того чтобы их обнаружить, надо «прощупать» тот энергетический диапазон, которому соответствует Большой адронный коллайдер и следующий за ним – Международный линейный коллайдер.
Наверняка без этого шага мы не поймем, что такое темная материя и темная энергия, которых в сумме аж 96 процентов вокруг нас! И никто пока не знает, что это такое. Идея суперсимметрии, возможно, позволит вплотную приблизиться к разгадке этой тайны. «Легчайшая» SUSY-частица – нейтралино – стабильна, нейтральна, имеет массу и так слабо взаимодействует, что вполне может претендовать на роль частицы темной материи.
В рамках изучения SUSY на ILC можно будет также найти ответ на принципиальный вопрос о возможности объединения при очень больших энергиях слабых, электромагнитных, сильных и гравитационных сил в одну единую универсальную Суперсилу. А кроме того, вполне вероятно, что в масштабе ТэВ-ных энергий удастся экспериментально обнаружить проявление дополнительных размерностей в структуре пространства-времени. Перспективы ошеломляющие!
Надо заметить, что предыдущие поколения ускорительных мегапроектов как бы прошли стороной – мимо Советского Союза, мимо России – по ряду причин. Но, честно говоря, во всех этих завоеваниях физики высоких энергий – LEP, LHC, Тэватрон в Национальной лаборатории им. Энрико Ферми (США) – везде российский след чрезвычайно заметен. Без вклада российских ученых создание таких приборов было бы просто немыслимо. Поэтому просто справедливо, чтобы в конце концов прибор такого масштаба, как ILC, был построен в России. Потенциал России в этой области настолько большой, что это должно быть осознано не только нами, профессионалами, но и обществом.
– Вы можете сказать, когда будет принято окончательное решение о том, где начнется строительство ILC?
– По сегодняшним планам, решение должно быть подготовлено к 2009 году. По всей видимости, такое решение будет приниматься на заседании Международного комитета по ускорителям будущего (ICFA – International Committee for Future Accelerators) – организации, созданной при Международном союзе фундаментальной и прикладной физики (IUPAP). Международная проектная группа – GDE (Global Design Effort) должна подготовить соответствующие рекомендации к 2009 году.
– Какие страны высказали пожелание разместить эту установку на своей территории?
– На сегодня пять исследовательских центров официально рассматриваются как возможные кандидаты на размещение ILC в своих странах: ЦЕРН (Швейцария, Франция), DESY (Германия), Национальная лаборатория им. Э.Ферми (США), KEK – Лаборатория по физике частиц (Япония) и ОИЯИ (Дубна).
– ЦЕРНу еще предстоит решить ряд сложных задач со строительством и пуском LHC┘
– Да, ЦЕРН вообще-то является сторонником создания несколько другого прибора, логически следующего шага после Международного линейного коллайдера. И, конечно же, это должно быть после того, как в ЦЕРНе завершится работа по LHC. Я думаю, что они вступили в число претендентов на ILC, для того чтобы быть активным участником в принятии решения.
В DESY тоже есть свои трудности. Хотя принятый вариант сооружения ILC в основном заимствован именно из немецких разработок – проекта TESLA.
– Насколько мне известно, одним из конкурентных преимуществ реализации проекта ILC на базе ОИЯИ является меньшая стоимость. Стоимость полномасштабного проекта ILC, по оценке GDE, – около 6–7 миллиардов долларов. В связи с этим есть ли уже какие-то официальные или полуофициальные гарантии реализации проекта ILC на государственном уровне в России?
– Этот вопрос сейчас прорабатывается в компетентных органах власти. Мы получили поддержку от губернатора Московской области Бориса Громова и президента Российской академии наук Юрия Осипова. Борис Громов, Юрий Осипов и я – как директор Международной межправительственной организации – обратились к президенту Российской Федерации Владимиру Путину с предложением о поддержке проекта ILC и его размещении в России, в Московской области, в районе Дубны. Мы просим принять принципиальное решение по этому вопросу. Если мы хотим думать о завтрашнем дне, то принятие программы по такому мегапроекту, как ILC, было бы просто необходимо.
Хочу сказать об аргументах в пользу сооружения комплекса ILC в Дубне. Сегодня ОИЯИ является всемирно известным научным центром, в котором фундаментальные исследования по проблемам субъядерной материи успешно интегрированы с разработкой и применением новейших технологий и университетским образованием. Институт обладает уникальной экспериментальной базой, позволяющей проникнуть в глубь материи с помощью физических установок, например ИБР-2 – импульсный реактор на быстрых нейтронах, DRIBs – установка для экспериментов с использованием редких радиоактивных изотопов, Нуклотрон – единственный в России сверхпроводящий ускоритель тяжелых ионов и другие.
За более чем полувековой период с момента образования ОИЯИ накопил огромный опыт в подготовке и формировании научно-инженерных кадров, которые, безусловно, могут быть востребованы в рамках реализации мегапроекта ILC. ОИЯИ обладает мощными и быстродействующими вычислительными средствами, интегрированными в мировые компьютерные сети. Немаловажный фактор – научное и техническое сотрудничество нашего института с ведущими российскими научными и образовательными центрами, институтами Министерства образования и науки РФ, Роснауки, Росатома и Российской академии наук по подготовке комплекса ILC с соответствующими детекторами и программой научных исследований на нем.
Побороться за проект ILC в России – есть смысл. Я в этом усматриваю, повторяю, некий элемент справедливости. Ведь сами идеи создания таких ускорителей, электрон-позитронных коллайдеров, восходят к работам отечественных ученых – в первую очередь Гирша Будкера, Александра Скринского и их коллег.
– Наверняка вас часто спрашивают, что получит отечественная наука и вообще Россия, если эта 50-километровая «труба» ускорителя ILC будет строиться у нас в стране? А что будет, если ICFA примет все-таки другое решение, допустим, в пользу США? Что будет с российской физикой?
– Мы должны рассматривать все варианты, быть реалистами. Я считаю, что в любом случае Россия и Дубна должны быть активными участниками этого мегапроекта, даже если он будет реализовываться в другом месте. Если мы вообще останемся в стороне, тот громадный потенциал, который у нас есть, не будет использован. Но тут вопрос надо рассматривать еще и в несколько другом аспекте.
Сейчас много говорят о проблеме утечки умов. Но во всем мире ученые перемещаются, и в этом нет ничего страшного. А страшно, когда дома нет условий, современных экспериментальных установок. Поэтому в том варианте, о котором вы говорите (сооружение ILC за границей), ситуация может развиваться таким образом, что это станет еще одним импульсом для утечки умов. Причем утечки, которую трудно будет предотвратить. Да, может быть, и не надо: пусть лучше эти умные ребята работают в этой области, приносят пользу и мировой науке, и отечественной. Но, конечно, хотелось бы, чтобы и у нас дома были хорошие мегапроекты, в том числе хорошие ускорители элементарных частиц. Отмечу, что это гигантский фронт работы для отечественной промышленности, стимул для развития высоких технологий.
– С чего, на ваш взгляд, следует начать, чтобы получить проект ILC в Россию?
– Здесь много пластов. Прежде всего надо отметить, что мы уже участвуем в создании научной программы работ на будущем линейном коллайдере. Уже создаются коллаборации вокруг отдельных систем как самого ускорителя, так и детектора.
С другой стороны, требуются и какие-то организационные усилия. Нужно побороться за этот проект, так же, как мы поборолись за проведение зимней Олимпиады в Сочи. А для этого необходимо, чтобы были задействованы все государственные и научные уровни, а также средства массовой информации. Ведь общественность тоже надо готовить к реализации подобных проектов.
Нам такой интеллектуальный всплеск нужен. Он объединит ученых, представителей промышленности, бизнеса, государственной власти. Ведь чем и хорош проект ILC в этом смысле, что это не просто чья-то хитроумная выдумка – сели и выдумали вот такой ускоритель. Нет. Это нечто, о чем мировое научное сообщество уже договорилось: это нужно для познания природы, для развития цивилизации.
