Наука и технологии России

Вход Регистрация

Коллайдер готов к «Большой Физике»

Наш корреспондент присутствовал на первом научном семинаре «Физика на Большом адронном коллайдере (LHC)» в Дубне, в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) во время эпохального события по столкновению протонных пучков. Семинар стал возможным благодаря сотрудничеству институтов России (RDMS CMS) и стран-участниц ОИЯИ, которые внесли огромный вклад в эксперимент «Компактный мюонный соленоид (CMS)» на LHC.  БАК Дубна Сеанс прямой связи с центром CMS в преддверии столкновения протонных пучков. Вопросы задают журналисты


Игорь Голутвин Профессор Игорь Голутвин — создатель нескольких поколений современных крупномасштабных физических установок для экспериментов на синхрофазотроне ОИЯИ и ускорителей в России и в ЦЕРНе. Руководитель проекта RDMS CMS


НИКА Схема проекта НИКА: нуклотрон и кольцо коллайдера


Синхрофазотрон Знаменитый синхрофазотрон, запущенный в 1957 году и открывший эру физики высоких энергий. Будет использован как оболочка для бустера в проекте НИКА


Академик Виктор Матвеев Академик Виктор Матвеев, секретарь ОФН РАН, рассказывает о вкладе российских учёных в проект БАК


Инжектор-ускоритель Инжектор-ускоритель заряженных частиц в Лаборатории высоких энергий, ОИЯИ, Дубна

Для проведения семинара руководство RDMS CMS выбрало Дубну не случайно — в знак признания заслуг учёных ОИЯИ. Семинар проходил во время рабочего сеанса ускорителя и сопровождался сеансами прямой связи из ЦЕРНа. Мы не только оказались свидетелями триумфального события, но и смогли поднять бокалы за его успех с российскими учёными и их зарубежными коллегами, которые принимали непосредственное участие в подготовке экспериментов. На фоне этого события особую значимость приобретает отечественный проект — строительство и запуск в ОИЯИ ускорителя тяжёлых ионов НИКА, «младшей сестры» Большого адронного коллайдера.

Свершилось

Сразу после первых столкновений протонных пучков, которые тут же вывел на экраны детектор CMS, мощные процессоры приступили к обработке экспериментальных данных и получению изображений частиц, рождающихся при столкновении двух пучков с полной энергией 7 ТэВ. Около трёх с половиной часов циркулировали два пучка в ускорителе, за это время CMS зарегистрировал около 600 тысяч столкновений. Поражает ювелирная точность эксперимента: несмотря на ряд неудач, учёным удалось разогнать и свести протонные пучки в 27-километровой окружности коллайдера, когда сами столкновения происходят в пределах нескольких сантиметров. Первые данные записывают и обрабатывают компьютеры ЦЕРНа, затем передают для подробных исследований физикам в научные центры во всём мире.

«Произошло событие, давно ожидаемое, знаковое и символическое. Потому что никто не сомневался, что соударения будут, мы даже пальцев не скрещивали и по дереву не стучали», — сказал Игорь Голутвин, руководитель RDMS. Его выступление прерывали телефонные поздравления от коллег из ЦЕРНа.

«Этого момента мы ждали и готовились к нему много лет. Мы стоим на пороге новой неизведанной территории, которая может содержать ответы на некоторые фундаментальные вопросы современной физики», — комментирует руководитель коллаборации CMS Гуидо Тоннели.

Что ожидают физики?

БАК имеет уже двадцатилетнюю историю, на нём ведутся четыре крупных эксперимента — ATLAS, CMS, ALICE и LHCb — плод совместных разработок учёных и специалистов из более чем 40 стран. Работа ускорителя невозможна без компьютерной инфраструктуры на основе Грид-технологий.

«Как сам ускоритель, так и установки, размещённые в местах пересечения протонных пучков, можно сравнить с гигантским микроскопом, который помогает заглянуть внутрь материи. Та энергии, о которой мы говорим сегодня (7 ТэВ), позволяет нам “видеть” расстояния, которые настолько же меньше атома, как яблоко меньше Солнца!» — рассказывает секретарь отделения физических наук РАН, академик Виктор Матвеев, активный участник и инициатор ряда исследований на БАК.

Самые крупные установки — ATLAS и СMS — нацелены на поиск бозона Хиггса и проверки Стандартной модели, которая описывает известные взаимодействия. ALICE поможет изучить новые состояния адронной материи при столкновении тяжёлых ионов — элементов с большими порядковыми номерами, например, золота. Поведение кварков, проверка принципов симметрии — эти задачи учёные исследуют на установке LHCb.

Проблема тёмной материи и тёмной энергии во Вселенной, загадка структуры Вселенной, единство фундаментальных сил природы, тайны чёрных дыр, «кротовых нор» и экстра-измерений — об этом хотят больше узнать учёные с помощью коллайдера и таким образом получить недоступную сейчас информацию о сути происходящего не только в микромире, но и во Вселенной.

Уже в период подготовки экспериментов такого уровня происходит небывалое развитие сопутствующих исследованиям технологий. Такой толчок получила Грид, опутавшая сегодня земной шар сетью распределённых вычислительных мощностей.

«Грид — это глобальная инфраструктура, которая объединяет вычислительные ресурсы и ресурсы хранения. Она работает как один большой ансамбль, который состоит из сотен тысяч процессоров, огромного количества дискового пространства, соединённого сетями и специальным программным обеспечением. Значит, на этом пространстве, как на одном большом суперкомпьютере, могут выполняться многие задачи. В ЦЕРНе данные рождаются, они должны быть быстро переданы на другие уровни, чтобы можно было их обрабатывать. В разных странах на своих местах, на разных сайтах все занимаются моделированием событий и передают данные для хранения. Таким образом, создана мощнейшая, работающая 24 часа в сутки, 365 дней в году инфраструктура», — объяснил профессор Владимир Кореньков, заместитель директора Лаборатории информационных технологий ОИЯИ. Протяжённость стопки из компьютерных дисков с данными коллайдера исчислялась бы десятками километров, поэтому в одном месте невозможно создать структуру, которая могла бы обрабатывать эту информацию. «Такая структура не только решает задачи обработки и анализа данных на LHC, но годится и для других проектов в медицине, астрономии, квантовой химии. Сейчас, я думаю, очень важными являются задачи бизнеса, государственного управления, стратегические вопросы», — отметил Кореньков.

Российское участие

«В области физики высоких энергий и элементарных частиц успехи можно достичь, только “объединив” интеллект из всех стран мира. Коллайдер — крупнейший в мире проект, он осуществляется коллаборацией учёных, которая сама выбирает правила и своих руководителей, все решения принимаются коллегиально, это уникальный опыт, который не имеет прецедентов», — подчеркнул Матвеев.

Трудно недооценить вклад отечественных учёных в этот эпохальный проект.

«В основе работы коллайдера лежат, как минимум, два фундаментальных принципа, открытых российскими учёными. Первый — это фундаментальный принцип автофокусировки, открытый в 1944 году Владимиром Иосифовичем Векслером. Он позволяет существенно повысить предел достижимых энергий в циклических ускорителях. Второй — фундаментальный принцип ускорителя на встречных пучках, который сформулировал Герш Ицкович Будкер. Он предложил идею ускорителя на встречных пучках, которая позволяет удвоить энергию соударения частиц, не увеличивая энергию ускорителя», — сказал Игорь Голутвин.

Справка STRF.ru:

В начале 1990 года Карло Руббиа и Джорджио Брианти предложили проект самого большого в мире ускорителя заряженных частиц. В декабре 1994 года Совет ЦЕРН одобрил проект ускорителя нового поколения — Большого адронного коллайдера (БАК или LHC).

Основа современного инжекционного комплекса LHC — система ускорителей: протонные синхротроны, созданные под руководством Джона Бертрама Адамса и вступившие в строй в 1959 и 1976 году (PS  на 28 ГэВ и SPS на 450 ГэВ).

В 1990 году Мишель Делла Негра с коллегами предложил схему экспериментальной установки для LHC-детектора частиц на основе соленоида с очень сильным магнитным полем, получившего официальное название «компактный мюонный соленоид» (CMS).

С 1994 года по 2008 год создавался ускоритель, 10 сентября 2008 года состоялся первый запуск пучков, разогнанных до энергии 0,45 ТЭВ. 20 ноября через год второй запуск. 23 ноября — столкновение при энергии 0,9 ТЭВ. 30 ноября была достигнута рекордная в мире энергии 2,36 ТЭВ, в январе 2010 появились первые научные публикации, в которых зафиксировали эти столкновения.

Несмотря на то, что Россия — не участник ЦЕРН, она имеет статус государства-наблюдателя в знак признания большого вклада российских учёных и в проекте имеет равные права со всеми 40 странами. Стоит отметить, что участие нашей страны в создании LHC и крупнейших экспериментов в ALICE, ATLAS, CMS и LHCb — это важнейшее направление Национальной программы России по физике частиц, которое было определено на заседании комитета научной политики национальных российских программ по физике высоких энергий и фундаментальной ядерной физике в Сарове (Арзамас-16) в октябре 1995-го

В 1996 году был подписан протокол между Министерством науки и технической политики РФ и ЦЕРНом об участии России в проекте «БАК». Согласно решению правительства РФ, США планировали выделять 6 миллионов долларов ежегодно в течение 10 лет (1997—2007), был определён объём научного оборудования, изготавливаемого Россией — 200 миллионов швейцарских франков. «Надо сказать, что наши приборы отвечали наивысшим требованиям, и руководство ЦЕРНа отмечало, что Россия внесла огромный вклад в реализацию этого проекта», — подчёркивает Матвеев. Нашу страну в проекте представляют более 700 физиков и инженеров, что составляет 15 процентов от общего числа его участников.

Учёные согласны, что во многом проект «БАК» помог сохранить научный потенциал в сложных экономических условиях для нашей страны и укрепить международное сотрудничество в этой области.

НИКА — младшая сестра БАКа

По инициативе международной группы учёных под руководством директора ОИЯИ академика РАН Алексея Сисакяна в Дубне разрабатывают новый коллайдер — НИКА. Это ускоритель тяжёлых ионов, с помощью которого будут исследовать горячую и плотную барионную материю — состояние, в котором она пребывала вскоре после Большого взрыва. И хотя размеры коллайдера НИКА нельзя сравнивать с характеристиками БАКа (периметр 250 метров против 27 километров), решать он будет не менее амбициозные задачи, по словам директора Лаборатории высоких энергий ОИЯИ профессора Владимира Кекелидзе. Последние годы физики и инженеры этой лаборатории, самой крупной в ОИЯИ, занимаются модернизацией НИКИ.

«Мы хотим запустить наш коллайдер в 2015 году. И надеемся, что он привлечёт не меньшее внимание, чем ЦЕРНовский, соберёт здесь не только нашу, российскую молодёжь, но и самые лучшие умы, лучших физиков со всего мира, работающих в этой области. Это амбициозная и важнейшая задача не только с точки зрения решения проблем фундаментальной науки. Мы хотим создать центр интеллектуального притяжения, интеллектуального магнита, который наконец-то позволит России стать наряду с другими ведущими странами лидером в области фундаментальной науки. Запомните слово НИКА», — говорит Кекелидзе. Мы стали свидетелями успехов, которые достигнуты ЦЕРНом. В Дубне учёные создают свою международную коллаборацию. «Тут мы хотим быть впереди планеты всей. Мы конкурентоспособны, полны сил, оптимизма, у нас много молодёжи. Всё идёт замечательно», — подытожил он.

Справка STRF.ru:
Проблемы, которые учёные надеются решить с помощью БАКа: — неполнота Стандартной модели (бозон Хиггса) — тёмная материя и тёмная энергия во Вселенной — барионная асимметрия Вселенной (СР, Т, СРТ) — Кварк-глюонная плазма — Суперсимметрия и новые тяжёлые частицы — Единство фундаментальных сил природы — Квантовая гравитация и физика пространства-времени (чёрные дыры, кротовые норы, экстра измерения пространства струны) — другие (стабильность протона, природа нейтрино, монополи аксионы и т.д.)
Справка STRF.ru:

Эксперименты:

ATLAS — многоцелевая установка для изучения широкого спектра проблем. Самый большой детектор 46х25х25 м, вес 7000 тонн, стоимость 540 млн. шв. франков. Коллаборация — 2500 учёных, 169 институтов, 37 стран, 500 студентов. В этом эксперименте участвуют семь российских институтов.

CMS создан при доминирующем участии российских учёных. Вторая самая большая установка. Универсальный многоцелевой экспериментальный комплекс для изучения фундаментальных свойств материи в протон-протонных и ядро-ядерных взаимодействиях при высоких энергиях. Участвуют 2310 учёных из 175 институтов 38 стран (400 студентов). Стоимость проекта 600 млн шв. франков. В магнитной системе — 10 тысяч тонн (железа больше, чем в Эйфелевой башне).

ALICE — изучение свойств кварк-глюонной плазмы. 1500 учёных, 104 института, 31 страны, 115 млн долларов.

LHCb — самый маленький детектор, для изучения симметрии материи и антиматерии в взаимодействиях кварков.

LHCf — детектор для анализа происхождения космических лучей сверхвысоких энергий.

Справка STRF.ru:

Российские участники проекта БАК:

4 института РАН:

— ИЯИ (Москва)

— ИЯФ им. Г. И. Будкера (Новосибирск)

— ФИ им. П. Н. Лебедева (Москва)

— ФТИ им. А. Ф. Иоффе (С.-Петербург)

Ууниверситеты России

— МГУ им. М. В. Ломоносова (Москва)

— НИИЯФ им. Д. В. Скобельцына МГУ (Москва)

— СПбГУ (С.-Петербург)

Организации «Росатома»:

— РФЯЦ ВНИИЭФ (Саров)

— РФЯЦ ВНИИТФ (Снежинск)

— ЦВТТ НИКИЭТ (Москва)

— ЦКБМ (С.-Петербург)

от РНЦ «Курчатовский институт»:

— ГНЦ ИТЭФ (Москва)

— ГНЦ ИФВЭ (Протвино)

— ПИЯФ им. Б. Н. Константинова (Гатчина)

— еждународный научный центр ОИЯИ Дубна

РЕЙТИНГ

4.33
голосов: 3

Обсуждение