Сто километров коллайдера

Конференция RDMS-2015, групповое фото. Фото В. Жильцова
Кон­фе­рен­ция RDMS-2015, груп­по­вое фото. Фото В. Жиль­цо­ва

На кон­фе­рен­ции в Варне (Бол­га­рия) вто­рой рабо­чий запуск Боль­шо­го адрон­но­го кол­лай­де­ра, физи­ку за пре­де­ла­ми Стан­дарт­ной моде­ли и кол­лай­де­ры буду­ще­го обсу­ди­ли участ­ни­ки кол­ла­бо­ра­ции RDMS экс­пе­ри­мен­та CMS БАК.

Кол­ла­бо­ра­ция RDMS (Russia and Dubna Member States) объ­еди­ня­ет физи­ков из стран-участ­ниц ОИЯИ, рабо­та­ю­щих на детек­то­ре CMS (Compact Muon Solenoid, ком­пакт­ный мюон­ный соле­но­ид) Боль­шо­го адрон­но­го кол­лай­де­ра. CMS вме­сте с детек­то­ром ATLAS были созда­ны для реше­ния глав­ных задач БАК — поис­ка бозо­на Хиггса и «новой физи­ки» — частиц за пре­де­ла­ми Стан­дарт­ной моде­ли.

На кон­фе­рен­ции в Варне (семи­нар RDMS про­во­дит­ся раз в год, в про­шлом году он состо­ял­ся в Дубне) уче­ные обсу­ди­ли физи­че­скую про­грам­му рабо­ты начав­ше­го­ся этой вес­ной вто­ро­го запус­ка «рана» (run) БАК и ряд аспек­тов тео­ре­ти­че­ской физи­ки — глав­ным обра­зом физи­ков инте­ре­су­ют свой­ства бозо­на Хиггса и выход за пре­де­лы Стан­дарт­ной моде­ли, а вопро­сы модер­ни­за­ции Боль­шо­го адрон­но­го кол­лай­де­ра и его детек­то­ра — CMS — на пер­спек­ти­ву до кон­ца 20-х годов.

Уви­деть «новую физи­ку» — физи­ку за пре­де­ла­ми пред­став­ле­ний Стан­дарт­ной моде­ли — уче­ные наде­ют­ся уже в бли­жай­ший год. При­чин тому несколь­ко: БАК не толь­ко при­бли­зил­ся к запла­ни­ро­ван­ной энер­гии столк­но­ве­ний (сей­час это 13 ТэВ, в пла­нах было 14 ТэВ), но и серьез­но повы­сил све­ти­мость — коли­че­ство частиц в пуч­ке. Это поз­во­лит наблю­дать в разы боль­ше собы­тий, что прин­ци­пи­аль­но важ­но для таких ред­кий явле­ний, как рас­пад бозо­на Хиггса, напри­мер.

Бывший руководитель коллаборации CMS, лауреат премии Юрия Мильнера Гвидо Тонелли. Фото В. Жильцова
Быв­ший руко­во­ди­тель кол­ла­бо­ра­ции CMS, лау­ре­ат пре­мии Юрия Миль­не­ра Гви­до Тонел­ли. Фото В. Жиль­цо­ва

«Пока мы не видим внят­ных сиг­на­лов новой физи­ки», кото­рые вос­про­из­во­ди­лись бы в раз­ных кана­лах наблю­де­ний и на обо­их детек­то­рах — CMS и ATLAS. Но за пред­сто­я­щий год объ­е­мы дан­ных кар­ди­наль­но вырас­тут, и это прин­ци­пи­аль­но для наблю­де­ния ред­ких собы­тий, како­вым будет рож­де­ние ранее неиз­вест­ных частиц. Мы смо­жем изу­чить широ­кий спектр очень высо­ких энер­гий, и все име­ю­щи­е­ся сей­час дан­ные гово­рят о том, что «новая физи­ка» пря­чет­ся имен­но там, и мы смо­жем ее най­ти, этих дан­ных долж­но быть доста­точ­но. Если же мы все-таки не уви­дим ниче­го, это тоже будет крайне важ­ный и в каком-то смыс­ле рево­лю­ци­он­ный резуль­тат, кото­рый нуж­но будет осмыс­лить и объ­яс­нить», — ска­зал гость кон­фе­рен­ции, ита­льян­ский физик Гви­до Тонел­ли, быв­ший руко­во­ди­тель кол­ла­бо­ра­ции CMS.

Сей­час уче­ные рас­смат­ри­ва­ют мас­су тео­рий, что­бы объ­яс­нить, напри­мер, наблю­да­е­мую в аст­ро­фи­зи­че­ских наблю­де­ни­ях по гра­ви­та­ци­он­но­му вза­и­мо­дей­ствию тем­ную мате­рию.

«Не исклю­че­но, что есть все­го одна эле­мен­тар­ная части­ца, кото­рая опи­сы­ва­ет всю тем­ную мате­рию во Все­лен­ной. Пред­по­ло­жи­тель­но, эта части­ца доста­точ­но тяже­лая, в 100 раз тяже­лее, чем про­то­ны и ней­тро­ны, из кото­рых в основ­ном состо­ит обыч­ная мате­рия. Воз­мож­но, это имен­но так, эта одна части­ца будет обна­ру­же­на, и мы отве­тим на все вопро­сы о тем­ной мате­рии.

Но может быть, это и не так. Есть моде­ли, пред­по­ла­га­ю­щие, что тем­ная мате­рия состо­ит не из одной части­цы, а из несколь­ких состав­ля­ю­щих. Воз­мож­но, это не тяже­лая, а лег­кая части­ца», — пояс­нил дру­гой участ­ник кон­фе­рен­ции, про­фес­сор ОИЯИ и МФТИ Дмит­рий Каза­ков.

Схема расположения будущего 100-километрового коллайдера в CERN  на границе Швейцарии и Франции (Фото: CERN)
Схе­ма рас­по­ло­же­ния буду­ще­го 100-кило­мет­ро­во­го кол­лай­де­ра в CERN на гра­ни­це Швей­ца­рии и Фран­ции (Фото: CERN)

Одна­ко в поис­ках частиц тем­ной мате­рии на уско­ри­те­лях кро­ет­ся про­бле­ма: поис­ки исхо­дят из того, что эти части­цы участ­ву­ют в сла­бом вза­и­мо­дей­ствии (точ­но извест­но, что они не участ­ву­ют ни в силь­ном, ни в элек­тро­маг­нит­ном вза­и­мо­дей­ствии и участ­ву­ют — в гра­ви­та­ци­он­ном).

«Если эта части­ца вза­и­мо­дей­ству­ет сла­бо, тогда ее мож­но полу­чить на уско­ри­те­лях, а так­же уви­деть в под­зем­ных экс­пе­ри­мен­тах (таких как лабо­ра­то­рия Гран-Сас­со в Ита­лии), когда она при­ле­та­ет из кос­мо­са и уда­ря­ет в нашу мишень. Еще один вари­ант — уви­деть про­яв­ле­ние части­цы в кос­ми­че­ских лучах. Если же она вза­и­мо­дей­ству­ет толь­ко гра­ви­та­ци­он­но, то это вза­и­мо­дей­ствие очень сла­бое, на мно­го поряд­ков вели­чи­ны сла­бее, чем сла­бое вза­и­мо­дей­ствие. И тогда на уско­ри­те­ле наблю­дать ее рож­де­ние не удаст­ся: слиш­ком малень­ки­ми будут сече­ния вза­и­мо­дей­ствия. Это не очень бла­го­при­ят­ная ситу­а­ция для физи­ков, пото­му что такую части­цу мы про­на­блю­дать не смо­жем. В этом смыс­ле сего­дня надеж­ды физи­ков свя­за­ны с тем, что эта части­ца все-таки участ­ву­ет в сла­бом вза­и­мо­дей­ствии, и тогда мы ее смо­жем иден­ти­фи­ци­ро­вать и в кос­ми­че­ских лучах, и под зем­лей, и на уско­ри­те­лях. Разу­ме­ет­ся, откры­тие части­цы толь­ко в одном месте еще ниче­го не под­твер­дит, нуж­но ее сово­куп­ное наблю­де­ние в трех пере­чис­лен­ных выше про­цес­сах. Срав­ни­вая их и тео­ре­ти­че­ские пред­ска­за­ния, мож­но будет одно­знач­но эту части­цу иден­ти­фи­ци­ро­вать», — пояс­нил Каза­ков.

В отда­лен­ных пла­нах БАК — не повы­шать еще боль­ше энер­гию соуда­ре­ний, но прин­ци­пи­аль­но нарас­тить све­ти­мость, что­бы «пой­мать» самые ред­кие собы­тия. Про­ект кол­лай­де­ра повы­шен­ной све­ти­мо­сти полу­чил назва­ние HL-LHC (HighLuminosityLHC).

«С теку­щи­ми пара­мет­ра­ми мы про­ра­бо­та­ем до сере­ди­ны 2018 года, после чего кол­лай­дер оста­но­вит­ся на полу­то­ра­го­до­вой апгрейд, после кото­ро­го мы пла­ни­ру­ем полу­чить финаль­ную энер­гию столк­но­ве­ний в 14 ТэВ и вый­ти на све­ти­мость в два раза боль­ше про­ект­ной. Так мы про­ра­бо­та­ем до кон­ца 2022 года, а затем оста­но­вим­ся на 2,5 года, что­бы кар­ди­наль­но улуч­шить нашу маши­ну. Этот кол­лай­дер будет назы­вать­ся HL-LHC — HighLuminosityLHC, энер­гия столк­но­ве­ний оста­нет­ся той же, а све­ти­мость долж­на уве­ли­чить­ся в 5–7 (воз­мож­но, 10) раз от номи­наль­ной. А зна­чит, мы смо­жем за год соби­рать тот же объ­ем дан­ных, что при теку­щих пара­мет­рах мы собе­рем за пять лет, и полу­чить в три раза луч­шее раз­ре­ше­ние», — пояс­нил ита­лья­нец Эцио Тоде­ско, руко­во­ди­тель про­ек­та по раз­ра­бот­ке маг­ни­тов для HL-LHC.

Цикл раз­ра­бот­ки тех­но­ло­гий для стро­и­тель­ства новых сверх­мощ­ных машин очень длин­ный, поэто­му физи­кам уже сей­час при­хо­дит­ся заду­мы­вать­ся о том, на каких при­бо­рах они будут рабо­тать в 30-е годы XXI века после завер­ше­ния про­грам­мы HL-LHC.

«В целом для уско­ри­те­ля, кото­рый при­дет на сме­ну БАК, сей­час рас­смат­ри­ва­ют­ся три воз­мож­но­сти. Пер­вое — адрон­ный кол­лай­дер, где стал­ки­ва­ют­ся про­то­ны, как в БАК. Вто­рое — леп­тон­ный кол­лай­дер как пред­ше­ствен­ник БАК в его тон­не­ле — LEP, кол­лай­дер элек­тро­нов и пози­тро­нов. И тре­тья воз­мож­ность (но она, на мой взгляд, менее инте­рес­на) — столк­но­ве­ние адро­нов с леп­то­на­ми. Сей­час мы нахо­дим­ся на ста­дии моз­го­во­го штур­ма и не отме­та­ем ни одну из этих воз­мож­но­стей. Какой имен­но при­бор ока­жет­ся в новом боль­шом тон­не­ле — сей­час идет речь о коль­це дли­ной 100 км на пло­щад­ке CERN — пока­жет физи­ка. Сего­дня мож­но гово­рить о том, что тех­но­ло­ги­че­ски мы наи­бо­лее гото­вы к стро­и­тель­ству элек­трон-пози­трон­но­го кол­лай­де­ра. То есть гото­вых реше­ний нет, это нетри­ви­аль­ная зада­ча; но есть пони­ма­ние, как в реа­ли­стич­ные сро­ки раз­ра­бо­тать нуж­ные тех­но­ло­гии. Для адрон­но­го кол­лай­де­ра нам пред­сто­ит дей­стви­тель­но тол­кать впе­ред тех­но­ло­гии в боль­шом чис­ле аспек­тов. Это серьез­ный вызов. Имен­но поэто­му мы уже сей­час начи­на­ем иссле­до­ва­ния для раз­ра­бот­ки тех­но­ло­гий, нуж­ных для созда­ния тако­го при­бо­ра», — пояс­нил Тоде­ско. «Понят­но, что, когда эти кол­лай­де­ры будут постро­е­ны, боль­шин­ство из нас уже уйдет на пен­сию, но это типич­ная ситу­а­ция для физи­ки частиц — гори­зонт пла­ни­ро­ва­ния в 10–20 лет. В 1970-е годы люди так­же гово­ри­ли об уско­ри­те­лях, кото­рые постро­и­ли уже те, кто при­шел им на сме­ну», — ска­зал уче­ный.

Кол­ла­бо­ра­ция RDMS име­ет бога­тую исто­рию. Она была созда­на 21 год назад по пред­ло­же­нию Мише­ля Дел­ла Негра, руко­во­ди­те­ля начи­нав­ше­го тогда свое раз­ви­тие объ­еди­не­ния CMS, создав­ше­го одно­имен­ный экс­пе­ри­мен­таль­ный ком­плекс на БАК и сей­час успеш­но на нем рабо­та­ю­ще­го, а так­же дуб­нин­ских физи­ков во гла­ве с Иго­рем Голутви­ным, бес­смен­ным руко­во­ди­те­лем про­ек­та RDMS. Идея состо­я­ла в том, что­бы объ­еди­нить уси­лия неболь­ших групп физи­ков из инсти­ту­тов Рос­сии и стран-участ­ниц ОИЯИ, что­бы мож­но было взять на себя ответ­ствен­ность за доста­точ­но зна­чи­тель­ную часть уста­нов­ки. Для это­го люди долж­ны быть объ­еди­не­ны еди­ной логи­кой, пони­ма­ни­ем науч­ной зада­чи, кото­рую нуж­но решить. И это было бы зна­чи­тель­ным вкла­дом в созда­ние уни­каль­ной уста­нов­ки — CMS. Более 300 уче­ных RDMS из раз­ных стран вме­сте рабо­та­ли над созда­ни­ем тор­це­вой систе­мы детек­то­ров (endcap) CMS. Эта часть уста­нов­ки вклю­ча­ет мно­же­ство детек­то­ров раз­лич­ных типов — мюон­ные каме­ры и два вида кало­ри­мет­ров.

При созда­нии тор­це­во­го адрон­но­го кало­ри­мет­ра Дуб­на, сов­мест­но с Протви­но и НИКИЭТ (Москва), сыг­ра­ла клю­че­вую роль в раз­ра­бот­ке и про­ек­ти­ро­ва­нии меха­ни­че­ских тор­це­вых систем и погло­ти­те­ля. Латунь для погло­ти­те­ля выплав­ле­на из ору­дий­ных гильз Север­но­го мор­ско­го фло­та в Санкт-Петер­бур­ге. Латун­ный погло­ти­тель изго­тов­лен на мин­ском заво­де МЗОР. Рабо­ты по созда­нию сцин­тил­ля­то­ров (детек­то­ров, спо­соб­ных излу­чать свет при погло­ще­нии иони­зи­ру­ю­ще­го излу­че­ния) были про­ве­де­ны в Харь­ко­ве и Протвине. Спе­ци­аль­но для БАК на заво­де в Бого­ро­диц­ке по тех­но­ло­гии, раз­ра­бо­тан­ной Протви­но и ИЯИ в сотруд­ни­че­стве с кол­ле­га­ми из Укра­и­ны и Бело­рус­сии, было выра­ще­но 80 000 уни­каль­ных сцин­тил­ля­ци­он­ных кри­стал­лов воль­фра­ма­та свин­ца для элек­тро­маг­нит­но­го кало­ри­мет­ра. Высо­ко­точ­ные мюон­ные каме­ры были изго­тов­ле­ны в Дубне и Гат­чине. Кол­ла­бо­ра­ция RDMS взя­ла на себя ответ­ствен­ность за созда­ние это­го ком­плек­са «под ключ» и успеш­но реа­ли­зо­ва­ла все постав­лен­ные зада­чи.

«RDMS и ее руко­во­ди­тель Игорь Голутвин — очень важ­ная часть CMS и очень доро­гие кол­ле­ги для меня лич­но. Мы плот­но сотруд­ни­ча­ли при поис­ках бозо­на Хиггса. И у нас был момент, когда мы уви­де­ли сиг­нал, но еще не были уве­ре­ны, Хиггс это или нет. Игорь Голутвин тогда очень под­дер­жал меня. О резуль­та­те работ все узна­ли в июле 2012 года», — ска­зал Гви­до Тонел­ли.

«Мы слы­ша­ли от наших бол­гар­ских кол­лег, в част­но­сти Лаче­за­ра Косто­ва, пол­но­моч­но­го пред­ста­ви­те­ля пра­ви­тель­ства Бол­га­рии в ОИЯИ, что для Бол­га­рии, кото­рая явля­ет­ся стра­ной Евро­пей­ско­го сою­за и пото­му вхо­дит в CERN, быть в ОИЯИ очень важ­но. Пото­му, что нахо­дясь в таком объ­еди­не­нии, как RDMS, они спо­соб­ны вне­сти более зна­чи­мый вклад в про­грам­мы CERN. Без это­го отно­си­тель­но неболь­шое коли­че­ство физи­ков Бол­га­рии рас­тво­ри­лось бы в огром­ных кол­лек­ти­вах и не име­ло сво­е­го лица. А Дуб­на поз­во­ля­ет создать такие объ­еди­нен­ные меж­ду­на­род­ные коман­ды, в кото­рых каж­дая груп­па может вне­сти зна­чи­мый вклад», — ска­зал дирек­тор ОИЯИ, пред­се­да­тель кон­суль­та­ци­он­но­го сове­та RDMS Вик­тор Мат­ве­ев.

«Руко­вод­ство CERN тоже дав­но осо­зна­ло, что Дуб­на игра­ет очень важ­ную роль, не про­сто вно­ся вклад в один из экс­пе­ри­мен­тов, а созда­вая куль­ту­ру объ­еди­не­ния наци­о­наль­ных групп в боль­шие все­сто­ронне — тео­ре­ти­че­ски и мето­ди­че­ски, экс­пе­ри­мен­таль­но — под­го­тов­лен­ные кол­лек­ти­вы. RDMS уже ста­ла при­знан­ным брен­дом в CERN, в мире физи­ков, что озна­ча­ет успеш­ную фор­му уча­стия пред­ста­ви­те­лей несколь­ких стран в реа­ли­за­ции круп­но­го меж­ду­на­род­но­го про­ек­та», — доба­вил ака­де­мик Мат­ве­ев.

Кон­фе­рен­ция RDMS про­во­дит­ся в Бол­га­рии не впер­вые: Бол­га­рия —одна из стран-осно­ва­тель­ниц и актив­ных участ­ниц Объ­еди­нен­но­го инсти­ту­та ядер­ных иссле­до­ва­ний (ОИЯИ) в Дубне.

«Бол­га­рия тра­ди­ци­он­но силь­на в ядер­ной элек­тро­ни­ке, и с 1969 года дуб­нин­ские семи­на­ры по ядер­ной элек­тро­ни­ке каж­дые два года про­во­ди­ли у нас. Сей­час этот сим­по­зи­ум назы­ва­ет­ся NEC — NuclearElectronicsandComputing, так как с тех пор ком­пью­тер­ные тех­но­ло­гии очень плот­но вошли в элек­тро­ни­ку. Сове­ща­ние RDMS про­во­дит­ся каж­дый год в раз­ных стра­нах, и здесь в Варне уже про­хо­ди­ло в 2006 и 2010 годах», — ска­зал сопред­се­да­тель орг­ко­ми­те­та кон­фе­рен­ции, быв­ший пол­но­моч­ный пред­ста­ви­тель Бол­га­рии в ОИЯИ про­фес­сор Иван Ван­ков.

Нача­ло кон­фе­рен­ции омра­чи­лось про­ис­ше­стви­ем на пунк­те рос­сий­ско­го пас­порт­но­го кон­тро­ля: в Вар­ну не смог выле­теть член деле­га­ции ОИЯИ Хуан Суа­рес Гон­са­лес, спе­ци­а­лист по физи­ке эле­мен­тар­ных частиц, рабо­та­ю­щий в Бело­рус­ском госу­дар­ствен­ном уни­вер­си­те­те. Уче­ный живет и рабо­та­ет в Бело­рус­сии более 20 лет, име­ет вид на житель­ство и сохра­ня­ет граж­дан­ство Колум­бии. Он при­был в Моск­ву поез­дом и в аэро­пор­ту при­со­еди­нил­ся к деле­га­ции ОИЯИ. Деле­га­ция орга­ни­зо­ван­но про­шла реги­стра­цию и напра­ви­лась на пас­порт­ный кон­троль. После это­го бело­рус­ско­го физи­ка никто из кол­лег не видел, на бор­ту в Вар­ну его не ока­за­лось. Как выяс­ни­лось впо­след­ствии, обла­да­те­ли вида на житель­ство в Бело­рус­сии не име­ют пра­ва выле­тать в тре­тьи стра­ны из Рос­сии и наобо­рот (хотя в Рос­сии уче­ный нахо­дил­ся совер­шен­но легаль­но как граж­да­нин Колум­бии, с кото­рой у нас без­ви­зо­вый режим). Погра­нич­ные служ­бы пообе­ща­ли поста­вить в извест­ность о сло­жив­шей­ся ситу­а­ции деле­га­цию ОИЯИ, нахо­див­шу­ю­ся в тот момент аэро­пор­ту, но не сде­ла­ли это­го. Так­же физи­ку было отка­за­но в про­це­ду­ре депор­та­ции в Бело­рус­сию, так что ему при­шлось воз­вра­щать­ся в Минск на соб­ствен­ные сред­ства, а деле­га­ции — силь­но пере­жи­вать, разыс­ки­вая бес­след­но исчез­нув­ше­го чело­ве­ка. К сча­стью, Хуан нашел­ся в Мин­ске через два дня, а его доклад на кон­фе­рен­ции пред­ста­ви­ли его кол­ле­ги.

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: