Поиск - новости науки и техники

Возможно всё. Физики готовятся к новым открытиям.

Недавняя конференция в Варне участников коллаборации RDMS (Russia and Dubna Member States), работающих в эксперименте CMS на Большом адронном коллайдере (LHC) в ЦЕРН, была посвящена обсуждению вопросов текущего состояния дел в физике на LHC, поиска новой физики вне Стандартной модели и перспектив развития физики частиц. 
Более 60 ученых, большинство которых – члены RDMS, прибыли в Варну из России, Белоруссии, Болгарии, Украины, Китая, Франции, Швейцарии, Германии, США, чтобы поделиться своими идеями и научными результатами. Принимающая сторона – Институт ядерной физики и ядерной энергетики Болгарской академии наук (INRNE BAS) – создала все условия для их насыщенной и плодотворной работы.
Открывая конференцию, руководитель RDMS Игорь Голутвин напомнил об основных вехах развития Большого адронного коллайдера. После обнаружения в 2012 году бозона Хиггса (это произошло во время первого этапа работы – Run1) LHC взял почти 20-месячную паузу Long shutdown1 (LS1) для проведения работ по апгрейду. В 2013 году стартовала так называемая Фаза1 (сейчас планируется, что она продлится до 2019 года, когда назначена вторая длительная остановка ускорителя – LS2). Фаза1 – это реализация в полном объеме проекта LHC 1994 года, который еще на этапе строительства Большого адронного коллайдера по соображениям экономии был “оптимизирован” по цене и характеристикам. После LS1 ускоритель вошел в номинальный режим Run2, который соблюдается и сегодня. Он характеризуется проектными значениями энергии (суммарная энергия пучков увеличилась до 13 ТэВ, в дальнейшем она достигнет запланированных 14 ТэВ) и светимости (10*34 см–2•с–1). 
После остановки LS2, которая продлится 18 месяцев, светимость будет существенно повышена (примерно в два-три раза, 2-3х10*34 см–2•с–1) – это этап Run3. В ходе следующей длительной остановки LS3 (начнется в 2026 году) планируется кардинально улучшить машину, которая станет называться High Luminosity LHC, или HL LHC. Энергия столкновений протонных пучков останется той же, а светимость должна увеличиться в 5-7 (возможно, в 10 раз) по сравнению номинальной.
Физики планируют свою работу с размахом – ближайшие десятилетия у экспериментаторов уже расписаны. Примерно понятно, какие технические усовершенствования будут производиться на Большом адронном коллайдере в эти годы. Но не менее интересны научные прогнозы. Какие новые открытия могут быть совершены на обновленном и многократно улучшившем свои характеристики ускорителе?
Прогнозы звучали во многих выступлениях. С большим вниманием участники конференции в Варне слушали доклад нового руководителя (споксмена) эксперимента CMS Джоэля Батлера (на верхнем снимке), неделю назад занявшего высокий пост. В Болгарии состоялось его знакомство с коллективом коллаборации RDMS, чью работу он высоко оценил. 
По словам Дж.Батлера, самое интересное, что предстоит ученым, – это открытие физики вне Стандартной модели. “Наша цель в CMS состоит в том, чтобы обнаружить физику, которая расширяет очень успешную, но неполную, как мы видим, Стандартную модель. Возможно, удастся обнаружить новые частицы или объекты, не включенные в спектр частиц СМ”, – подчеркнул Батлер.
– На момент открытия бозона Хиггса мы получили всего один процент экспериментальных данных, которые ожидаются за время жизни проекта LHC. Бозон Хиггса, обнаружением которого мы все так гордимся, – это только начало истории. Необходимо изучить его свойства, и это отдельная самостоятельная научная тема. Главные вопросы, которые мы себе задаем: почему бозон Хиггса такой легкий и каким образом он позволяет создавать массы для других частиц, которые гораздо тяжелее его? Это может означать, например, что есть семейство бозонов Хиггса и в их числе имеются более тяжелые бозоны. А может быть, это указание на существование физики, которая нам пока недоступна. Но даже в рамках сегодняшнего понимания выделяются несколько глобальных задач: выяснить, почему бозон Хиггса не опровергает Стандартную модель, что такое темная материя и темная энергия и что такое вещество и антивещество, которые, согласно СМ, должны образовываться в равных количествах. Если вещество и антивещество встречаются, то происходит фотонная вспышка (взрыв). Однако если до сих пор наша Вселенная не взорвалась – то куда же делась антиматерия? Вот лишь несколько направлений нашей будущей работы, и для нее нужна гораздо большая статистика, чем та, которую мы имеем сегодня. Ее мы сможем получить в ходе реализации проектов LHC и HL LHC, – рассказал для читателей “Поиска” руководитель коллаборации CMS. 
Завершая выступление, Дж.Балтер обнадежил: “Я уверен, что на Большом адронном коллайдере нас ожидают новые открытия. Это может произойти даже в ближайшие месяцы”.
Еще один интересный доклад о научных горизонтах сделал начальник Отдела теории фундаментальных взаимодействий Лаборатории теоретической физики ОИЯИ доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков. По словам ученого, сейчас физическая наука переживает новый этап, специалисты из “смежных” областей (например, космологи) предлагают свои интересные сценарии. Бозон Хиггса открыт, но не понятно – один ли он. 
– Сегодня все говорят о новой физике и о том, что ее можно будет обнаружить при высоких энергиях. Первоначально мы искали бозон Хиггса, и теперь, благодаря ему, у нас есть картина, очень близкая к Стандартной модели. Но и вопросов остается немало. Например, связанных с темной материей. Возможно, существует одна элементарная частица, которая описывает всю темную материю во Вселенной. Но может быть, это и не так. Есть модели, предполагающие, что темная материя состоит не из одной частицы, а из нескольких составляющих. Это лишь малая часть вопросов, на которые хочется получить ответы, – добавил Дмитрий Казаков.
Большинство участников конференции в Варне работают в Объединенном институте ядерных исследований, что, впрочем, неудивительно, поскольку ОИЯИ является ядром коллаборации RDMS. Директор ОИЯИ академик Виктор Матвеев подчеркнул, что сотрудничество института с ЦЕРН всегда было и остается очень тесным. По словам академика, в преддверии Фазы2, когда должны быть созданы “фактически новые установки”, встает задача еще большей консолидации российских институтов и ОИЯИ, и бренд RDMS должен сыграть в этом важную роль.
К слову, объединяющая ученых России и стран-участниц ОИЯИ коллаборация за последние годы “приросла” новыми членами. В RDMS вошли группы из МИФИ, МФТИ, Новосибирского государственного и Томского политехнического университетов. По оценке Игоря Голутвина, наиболее активно включилась в работу группа МИФИ, деятельность которой координирует член-корреспондент РАН Михаил Данилов.
– Наша группа занималась разработкой нового типа калориметра – с использованием потоков энергии, – начал рассказ Михаил Владимирович. – Это новый подход, он основан в значительной мере на использовании кремниевых фотоумножителей, которые были изобретены в России с участием ученых МИФИ (идея принадлежала профессору Борису Долгошеину). Прежде мы участвовали в работе другой коллаборации, которая готовила эксперименты на будущем Международном линейном коллайдере (ILC). Для него мы и разрабатывали детектор нового типа. Поскольку сейчас развитие этого проекта замедлилось, а коллаборация CMS в прошлом году выбрала подобную концепцию для модернизации своего калориметра, мы активно включились в работу вместе с другими группами RDMS. В ней участвуют также аспиранты и студенты МИФИ. И хотя калориметр будет нужен не раньше 2024-2025 года, такие громадные установки требуют много усилий даже на самых начальных сроках создания. 
– Вообще, в работе физиков несколько этапов. Сначала возникает идея, потом делается проект, который реализуется, потом модернизируется и т.д. Коллаборация RDMS сыграла ключевую роль в организации участия России в громадном мировом проекте под названием CMS. Руководство RDMS сумело организовать дело так, что коллаборация стала отвечать за очень большие части детектора и тем самым внесла в его создание ощутимый вклад, не распыленный между многими небольшими направлениями. Это было огромное достижение. Сейчас идет период эксплуатации LHC, где роль RDMS также очень важна, и от ее участников по-прежнему требуются громадные усилия по поддержанию работоспособности установки. Что касается конференции в Варне, то здесь представлены последние данные по всем ключевым направлениям работы на LHC и коллаборации RDMS CMS, – подытожил Михаил Данилов.
С большим уважением говорили о роли RDMS и болгарские участники форума. Руководитель лаборатории ядерной электроники Института ядерной физики и ядерной энергетики Болгарской академии наук (INRNE BAS), сопредседатель конференции профессор Иван Ванков отметил:
– Это объединение оказалось очень удобным для участия в работе ЦЕРН ученых из других стран, которые еще не были членами Европейской лаборатории ядерных исследований. Наш институт работал в двух направлениях. Мы принимали участие в моделировании процессов измерения, разрабатывали системы питающего напряжения для мюонной камеры и системы питания фотодетекторов адронного калориметра, нечувствительных к магнитному полю. А после того, как в ЦЕРН запустили очень сильный гамма-излучатель, мы делали системы измерения дозы облучения. Для нашего института эта работа и участие в RDMS очень важны: мы можем гордиться научными результатами, а кроме того, получаем существенное финансирование.
Продолжил слова коллеги и профессор Софийского университета Леандар Литов: 
“Мы участвуем в эксперименте CMS начиная с момента формирования коллаборации, разработки программы физических экспериментов. Мы участвовали в разработке дизайна адронного калориметра, в производстве и тестировании его прототипов. Изготовили в Болгарии 700 тонн абсорбера для цилиндрической части детектора. С 2001 года, после того как наша страна стала полноправным членом ЦЕРН, мы приступили еще к одной работе – дизайну резистивных планарных камер (RPC), установленных в мюонном детекторе CMS. Сейчас отвечаем за эксплуатацию этой системы и ее апгрейд. 
Значение этой работы для Болгарии очень велико. Молодежь, к сожалению, не очень интересуется наукой. Привлечь ее в ряды ученых может участие в таких больших международных проектах, где действительно происходит что-то уникальное и молодые люди могут в полной мере реализовать свой потенциал. 
Что касается RDMS, то Болгария – один из основателей коллаборации, член ОИЯИ. Когда мы только присоединились к ее работе, ощутили большое содействие дубненской группы. Кстати, финансирование, которое было предназначено для участия в ОИЯИ, мы смогли использовать для работы в ЦЕРН, что было для нас очень важно”.
В этом году на конференции RDMS прозвучали и доклады, впрямую не связанные с Большим адронным коллайдером. Один из них – профессора Джи Гао из китайского Института физики высоких энергий – был посвящен планам Китая по созданию гигантского суперколлайдера, который будет в два раза больше и многократно мощнее LHC. Начало его строительства ожидается в 2022 году. Пока проект включен в список наиболее важных научно-технических проектов Китая, на реализацию которых может быть выделено существенное государственное финансирование.
Подводя итоги форума, ученый секретарь RDMS CMS Анатолий Зарубин отметил: “На каждой нашей конференции мы стараемся уделить время обсуждению физики будущего. В этом году в таком контексте обсуждались и вопросы космологии, и новые проекты ускорителей. Нам кажется это правильным, потому что главный вопрос, который сегодня волнует всех, – это вопрос о том, что нас ждет после Хиггса. Ведь пока не все предсказания теоретиков подтвердились. Например, суперсимметрия, обнаружения которой ждали вскоре после запуска LHC и которая могла бы объяснить и темную энергию, и темную материю, так и не обнаружилась. Значит, что-то с теорией не так и слова, которые на одной из прежних конференций произнес академик Валерий Рубаков, – о том, что физика стала экспериментальной наукой, а теоретикам практически ничего не известно о физике частиц, – по-прежнему актуальны. Поэтому основные надежды ученых связаны с ускорителями, увеличением их возможностей”.
Следующая конференция RDMS состоится через год, предположительно там же, в Варне, на берегу Черного моря.
Светлана БЕЛЯЕВА
Фото автора

Нет комментариев