Поиск - новости науки и техники

Однажды 10 лет спустя. Американские физики задумались о будущем.

Летом этого года в Миннеаполисе прошло знаковое совещание американских физиков, работающих в области элементарных частиц. По наименованию местечка, в котором прежде неоднократно собирались ученые, оно получило название Snowmass on the Mississippi. Главной его задачей стала выработка решений относительно ближайшего будущего физики высоких энергий в США. Но, по сути, в ходе Snowmass был произведен серьезный анализ глобального состояния дел в физике микромира. В начале ноября в ГНЦ “Институт физики высоких энергий” в Протвино, а затем в НИИ ядерной физики МГУ им. М.В.Ломоносова с интересным докладом на эту тему выступил один из участников Snowmass, руководитель эксперимента D0 в Фермилаб Дмитрий ­Денисов. В настоящее время его команда, в которой немало специалистов из России, завершает программу анализа данных остановленного два года назад Тэватрона. Что же дальше? Об этом ученый рассказывает в интервью корреспонденту “Поиска”:

– Как вы знаете, в течение последних пяти лет все большие ускорители в Америке были остановлены. Можно сказать, что в США закончилась определенная фаза в физике высоких энергий. В этом году американские ученые решили собраться и обсудить планы на будущее: какие наиболее интересные проекты в этой области можно было бы осуществить в ближайшие 10 лет, используя те ресурсы, которые они ожидают получить от государства. Инициатива исходила от самих ученых, точнее – от представителей организации Division of Particles and Fields (своего рода профсоюз, объединяющий около 5 тысяч специалистов в физике высоких энергий), которые определили, что пришло время выработать стратегию развития этой науки. В ходе Snowmass, подытожившего почти годичный процесс предварительных обсуждений, были заданы семь основных вопросов, помочь найти ответы на которые может физика частиц. Это вопросы фундаментальные, стоящие не только перед физикой, но и перед наукой в целом.
– Расскажите о них поподробнее.
– Конечно, нужно исследовать бозон Хиггса. Его открытие произошло в прошлом году, а теперь нужно сделать новый большой цикл измерений – узнать точно массу этой частицы, исследовать ее свойства, понять, действительно ли это элементарная частица, или она состоит из каких-то других частиц. Для этого нужны ускорители высоких энергий, и на сегодняшний день такой ускоритель в мире только один – Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРН. Но эта частица могла бы быть очень хорошо исследована на линейном электрон-позитронном коллайдере, план постройки которого (в Японии) сейчас активно обсуждается. Американская физическая общественность горячо ратует за то, чтобы этот проект был осуществлен. Среди других фундаментальных проблем, которые хотелось бы изучить с помощью больших ускорителей, – проблемы, связанные с нейтрино, кварками и лептонами, а также с неравновесием материи и антиматерии.
Кроме этих задач есть три вопроса, которые объединяют различные области физики. Например, физику частиц и астрофизику. Первое, что хотелось бы понять, – что такое темная материя. Второй вопрос – что такое темная энергия, почему наша Вселенная расширяется. Еще одна задача – разобраться, как все-таки Вселенная возникла и развивалась. В теории Большого взрыва есть много моментов, которые до конца не понятны даже физикам.
С моей точки зрения, формулировка этих семи вопросов – один из основных результатов процесса обсуждений Snowmass. По сути, это попытка понять, какие наиболее интересные задачи стоят перед нашей областью науки.
После этого началось обсуждение конкретных воплощений, наиболее интересных проектов, которые реально можно осуществить. По большому счету, они связаны с ускорителями, телескопами и детекторами темной материи.
– Что предлагают американцы в области ускорителей?
– С большой вероятностью в Фермилаб в Америке будет осуществлен так называемый Project X по созданию источника высокоинтенсивных пучков протонов для дальнейших экспериментальных исследований. Это абсолютно новый ускоритель, его разработкой в Фермилаб очень активно занимается группа ученых, которые приехали в Фермилаб из Новосибирска. Мы хотим сделать его линейным, длиной примерно в полкилометра. На нем будет разгоняться на высокую энергию порядка 10 Гэв большое количество протонов. Направив пучки на мишени, этот источник протонов можно использовать для того, чтобы производить вторичные частицы, свойства которых не до конца изучены. Можно будет создавать и высокие потоки нейтрино, с тем чтобы реализовывать программу по нейтринной физике.
Еще один проект, который сейчас активно обсуждается, – это проект Международного линейного электрон-позитронного коллайдера (ILC).
– Масштабы этих проектов, наверное, несопоставимые?
– Ну почему же? Стоимость ILC составляет 8-10 млрд долларов, стоимость Project X –  примерно 1,5-2 млрд. Так что сопоставимы. Если ILC будет построен, мы сможем ответить на очень многие вопросы, в частности, детально изучить свойства бозона Хиггса.
– А как же LHC?
– Американцы хотят очень активно участвовать в модернизации LHC, на это наверняка будут выделены достаточно большие ресурсы. На ближайшие 10 лет это единственный коллайдер такого масштаба в мире.
Очень интересен и проект мюонного коллайдера. Он был предложен еще Будкером в 1960-е. Это попытка ускорить мюоны – нестабильные частицы, которые распадаются примерно за 2 микросекунды. У этих частиц очень много привлекательных характеристик. Например, масса мюона больше массы электрона почти в 200 раз, и ускорять мюоны в кольцевом ускорителе легче. Такой проект сейчас активно продвигается, на его разработку в Фермилаб выделяется около 5 млн долларов в год, и идея заключается в том, что можно создать частицы с очень высокими массами (даже выше, чем это сделано на LHC) и на территории Фермилаб, что потребует меньших вложений. Но проект мюонного коллайдера, скорее всего, выходит за пределы 10 лет.
– Что было предложено помимо ускорителей?
– Речь шла о большом количестве новых интересных экспериментов. Например, планируется направить пучок нейтрино из Фермилаб на расстояние 1300 км и зарегистрировать их в детекторе в шахте в Южной Дакоте (Long Baseline Neutrino Experiment). Его же можно будет использовать для поиска распадов протона, регистрации сверхновых. То есть сегодня мы говорим о необходимости создавать многоцелевые детекторы, на которых можно решать много разных физических задач.
Нам удалось сформировать список предложений, среди которых – интересные эксперименты и новые ускорители. Однако полная стоимость этих работ превышает то финансирование, которое, как мы ожидаем, может быть выделено государством. Поэтому сейчас работает специальный комитет P5, который должен выбрать приоритеты, то есть решить, какие из этих проектов могут быть реально осуществлены.
– Кто входит в комитет P5?
– В основном он состоит из физиков, представляющих американские университеты. Все участники P5 – очень достойные люди, и можно быть уверенным, что их решения окажутся взвешенными. Хотя они могут быть и достаточно непростыми, потому что некоторые эксперименты лишатся поддержки из-за нехватки денег.
– Создается впечатление, что Америка не только для себя пытается решить, по каким направлениям развивать физику высоких энергий, но и определяет свою роль в будущих исследованиях микромира.
– Действительно, в Америке есть такой подход: если мы в чем-то участвуем, то должны быть лучшими в мире. Эта идея поддерживается на государственном уровне. С самых высоких трибун говорится, что если ты хочешь получить весомый ресурс, то проект, в котором ты участвуешь, должен быть самым перспективным. Он может реализовываться и не на территории США, но тогда вы должны быть одним из лидирующих участников. Иначе очень трудно получить государственную поддержку. К этому нужно относиться как к реальному факту.
– Как получилось, что физикам были даны полномочия определить, какие проекты будет финансировать государство в ближайшие 10 лет?
– После того как было принято решение о Snowmass, Министерство энергетики (DOE) и Национальный научный фонд США (NSF) тоже решили в этом процессе поучаствовать. Договорились, что Snowmass разрабатывает направления, а затем будет сформирован комитет P5, который примерно за полгода расставит приоритеты исходя из реального финансирования. После этого DOE обещает начать поддержку приоритетных направлений.
– То есть решение ученых, входящих в состав P5, будет обязательным к исполнению?
– Я был на встрече представителей DOE, NSF и P5, где все это обсуждалось. Конечно, черным по белому нигде не написано, что чиновники выполнят рекомендации ученых. Но никто из чиновников не может придумать новую научную программу. Поэтому, скорее всего, эти рекомендации в конце концов будут во многом выполнены. Главное, чтобы ресурсы, которые, как комитет предполагает, будут выделены на ближайшие 10 лет, действительно были выделены.
– О какой сумме идет речь?
– Определить ее – одна из задач комитета P5. Есть общая цифра – около 800 млн долларов, столько выделяется в год на всю физику высоких энергий в США. Думаю, порядка 200 млн долларов может быть выделено на новые проекты.
– Говорят, что финансирование фундаментальной науки в Америке снижается. Можно говорить об этом на примере вашей области?
– Если говорить об абсолютных значениях, то за последние 13 лет объем финансирования не изменился. Но инфляция, конечно, “съела” заметную часть. По оценкам, примерно 25 процентов. То есть эффективные ресурсы, которые выделялись на физику высоких энергий, существенно уменьшились.
– Какими людскими ресурсами будут реализовываться новые проекты, которые получат “добро”?
– Сейчас главное решить, какие проекты будут приоритетными – на территории США или в других странах. Но абсолютно точно известно, что в Америке очень заинтересованы в том, чтобы в тех проектах, которые будут реализовываться в США, принимали участие ученые из-за рубежа, в том числе российские физики. С другой стороны, американцы хорошо понимают, что им надо активно участвовать в международных проектах вне Америки. Если бы в России сейчас создавались интересные экспериментальные установки (как в Протвино в 1970-е годы, когда к нам съезжались физики со всего мира), то я уверен, что американцы с удовольствием приехали бы сюда.

На нижней иллюстрации: Project X at Fermilab

Беседовала
Светлана БЕЛЯЕВА
Фото Николая Степаненкова

Нет комментариев