Если в ближайшие два года Россия не построит новый ускоритель, это сделает Китай

Коллайдер «Супер С-тау фабрика» будет построен не в Новосибирске, на базе Института ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН), а в Сарове, в Нижегородской области. Коллайдер станет частью Национального центра физики и математики (НЦФМ), инициатором создания которого стал «Росатом». У «Росатома» в Сарове работает одно из ключевых учреждений — Федеральный ядерный центр.

В конце 1950-х годов, когда Федеральный ядерный центр был Конструкторским бюро №11, а Саров был закрытым городом Арзамасом-16, там работал выдающийся математик Михаил Лаврентьев. Именно после Арзамаса-16 Лаврентьев был направлен в Новосибирск — создавать Академгородок и Сибирское отделение Академии наук.

Академгородок и СО были нужны, чтобы расширить географию советской науки, децентрализовать ее, подтолкнуть научно-технологическое развитие Сибири. В СО влились эвакуированные за Урал во время войны научные учреждения.

Почему теперь экспериментальная установка совершает обратный путь, сказал «Ъ-Науке» директор ИЯФ им. Г. И. Будкера СО РАН, академик Павел Логачев.

Новая физика

«Супер С-тау фабрика» — ускорительный комплекс, предназначенный для проведения экспериментов со встречными электрон-позитронными пучками с энергией от 2 до 5 ГэВ с беспрецедентной светимостью, на два порядка превышающей достигнутую сегодня в мире в этом диапазоне энергии. Концепция нового коллайдера базируется на новом методе повышения светимости — Crab Waist, предложенном и разработанном специалистами INFN (Национальный институт ядерной физики, Италия) и ИЯФ СО РАН.

«Супер С-тау фабрика» необходима для поиска «новой физики» в редких или запрещенных Стандартной моделью распадах очарованных частиц и тау-лептона. Похожие задачи решаются с помощью крупнейших современных экспериментов в области физики элементарных частиц, прежде всего — эксперимента Belle II на коллайдере SuperKEKB в лаборатории КЕК (Исследовательская организация ускорителей высокой энергии, Япония) и эксперимента LHCb на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе (Швейцария).

В 2011 году проект был рассмотрен и одобрен на заседании Европейского комитета по будущим ускорителям (ECFA). В 2012–2013 годах международные экспертизы проекта дали ему высокую оценку. Поддержку выразили известные ученые с мировыми именами, бывшие или настоящие руководители крупнейших лабораторий мира — Ацуто Судзуки (директор KEK) и Рольф-Дитер Хойер (гендиректор ЦЕРНа в 2009–2015 годах), нобелевские лауреаты Мартин Льюис Перл (первооткрыватель тау-лептона) и Барри Кларк Бэриш. Меморандумы о намерении участвовать в проекте «Супер С-тау фабрики» подписаны с международными (ЦЕРН, Объединенный институт ядерных исследований) и зарубежными организациями (KEK, Национальная лаборатория в Фраскати, пекинский Институт физики высоких энергий, британский Институт ускорителей им. Джона Адамса). Интерес к участию в экспериментах на «Супер С-тау фабрике» выразили около двух десятков зарубежных и российских организаций.

В 2011 году «Супер С-тау фабрика» вошла в число шести проектов класса MegaScience, отобранных правительственной комиссией для реализации в России. В июне 2016 года проект включен в утвержденный правительством План реализации Стратегии научно-технологического развития России. В августе 2017 года между Минобрнауки России и ИЯФ СО РАН подписано соглашение о работах по созданию научно-технического задела для реализации этого проекта.

Сибирь — родина коллайдеров

История создания первых коллайдеров началась в Институте ядерной физики (ИЯФ) СО РАН еще в советские вермена. Эксперты в области физики элементарных частиц были впечатлены фантастическими предложениями Герша Будкера построить коллайдер, в котором бы реализовывался метод встречных пучков, но сочли эти планы абсолютно нереальными. Тем не менее они были реализованы, причем почти одновременно сразу в двух институтах мира — в Стэнфорде (США) и в ИЯФе (СССР). Первый советский коллайдер был электрон-электронным и представлял собой два вертикальных кольца небольшого диаметра — сейчас они украшают коридор ИЯФа.

Следующим шагом уже было столкновение электронов и позитронов — частицы и античастицы сталкивались на высокой скорости, и во время их столкновения рождался сначала фотон, а он, распадаясь в вакууме, образовывал те удивительные частицы, которые сопровождали Большой взрыв, образовавший нашу Вселенную. Большая часть информации в физике элементарных частиц получена именно в экспериментах на коллайдерах, то есть, по сути, вся Стандартная модель, описывающая элементарные частицы и их взаимодействия, построена на этих знаниях.

За первым коллайдером последовали установки ВЭПП-2, ВЭПП-2М, ВЭПП-4, ВЭПП-4М, ВЭПП-2000 (ВЭПП — встречные электрон-позитронные пучки). Все эти установки для фундаментальных научных работ институт строил на внебюджетные средства, которые он зарабатывал, выполняя крупные отечественные и международные заказы. Это была совершенно уникальная ситуация для того времени, Будкер лично добился разрешения на такую финансовую схему для развития института.

В отличие от ускорителей в США (PEP-II, в 1999–2008 годах ускоритель в Стэнфорде) и Японии (КЕКВ), которые имели энергию столкновений в узко фиксированном диапазоне, все новосибирские коллайдеры могли сканировать по энергии, а следовательно, измерять зависимость процессов рождения новых частиц от энергии.

В начале 1990-х годов стало очевидно, что поднять энергию электрон-позитронных коллайдеров значительно выше 100 ГэВ, очень затратно. Но достижение таких высоких энергий возможно в адронных коллайдерах, как в Центре ядерных исследований в Швейцарии (CERN). До Большого адронного коллайдера в том же 27-километровом тоннеле был построен самый большой по энергии среди электрон-позитронных — лептонный коллайдер. Заметное участие в строительстве этого коллайдера принимала группа научных сотрудников из ИЯФа.

Последний шанс России в коллайдерной гонке

На сегодняшний день нет коллайдеров, в создании которых не принимали участие новосибирские ученые из Института ядерной физики СО РАН. Все крупнейшие мировые проекты, включая Большой адронный коллайдер, не смогли без них обойтись. Компетенции, наработанные сибирскими физиками за полвека, выросли настолько, что ни один серьезный проект крупной ускорительной установки со встречными пучками не состоялся без сотрудничества с ними. Бывшие сотрудники ИЯФа сегодня работают и занимают руководящие должности в известных физических лабораториях по всему миру. Такое «рассеяние» кадров и успешных сделанных проектов для лучших научных центров по всей планете — это не потеря, а усиление позиций института. За десятки лет ИЯФ «пустил корни» по всей Европе и США. В некоторых физических институтах и лабораториях США столько выходцев из России, что научные семинары там иногда ведутся на русском языке.

— Стены нашего института, несмотря на его большие размеры, не должны вмещать в себя все проекты MegaScience в России,— говорит академик Логачев.— Где бы эти проекты ни планировались, для всех участников очевидно, что важную роль в их реализации будет играть наш ИЯФ. Активная поддержка друг друга при создании установок класса MegaScience в нашей стране — в общих интересах. Время каждого такого проекта ограничено. Если в ближайшие пару лет Россия не построит у себя такой ускоритель, значит, это сделает Китай, опять же с нашим участием, но в России уже не будет ни этой установки, ни других коллайдеров. Весь передовой 60-летний опыт ИЯФа — вместе с «Супер С-тау фабрикой» — уйдет за границу, хотим мы того или нет.

Китай наступает на пятки

Конкуренцию с Китаем сегодня способно выдерживать только государство, готовое делать большие вложения в фундаментальные и прикладные научные проекты. Уникальная технология бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) рака, разработанная в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, получила реализацию благодаря полному доверию к высокой компетенции и опыту новосибирских физиков со стороны иностранных компаний — американского инвестора и китайского заказчика. Специалисты ИЯФа совместно с компанией TAE Life Sciences (США) создали нейтронный источник, предназначенный для клинических испытаний бор-нейтронозахватной терапии. Ожидается, что испытания начнутся в 2021 году в госпитале города Сямынь (Китай).

— Успешной и оперативной реализацией данного проекта мы обязаны нашим американским коллегам и друзьям, компании TAE Technologies,— рассказывает академик Логачев.— Их опыт, их интерес к БНЗТ и готовность вложиться в эту технологию дали дополнительный импульс развития проекту. Сейчас ИЯФ под руководством Министерства науки и высшего образования России и при непосредственной поддержке правительства ведет активную работу по созданию установки для БНЗТ и в перспективе — внедрению этой терапии в медицинскую практику в России.

С «Супер С-тау фабрикой» ситуация выглядит принципиально иначе — ее строительство важно первыми реализовать именно в России, поскольку это проект не прикладного характера и его реализация заложит основы дальнейшего развития научного направления физики элементарных частиц и ускорительной физики на несколько десятков лет вперед. С одной стороны, наука не имеет государственных границ, и в какой бы стране ни произошел мощный технологический прорыв, это повлечет за собой новые открытия и невероятные приложения в разных сферах человеческой жизни. Но развитие крупных научных проектов имеет свои плюсы для той страны, на территории которой они реализуются. Это развитие научной школы, подготовка кадров, создание новой инфраструктуры, обретение мягкой силы государства в лице зарубежных участников проекта. Реализация проекта «Супер С-тау фабрики» в Сарове — уникальный шанс сохранить сильные позиции России.

«Кто не пытается ничего удержать, владеет всем»

— Представьте себе годовой бюджет научного учреждения, пусть даже очень крупного, и бюджет проекта MegaScience,— описывает ситуацию с «переездом» «Супер С-тау фабрики» Павел Логачев.— Они различаются на порядки. Если бы в стенах нашего института и силами только наших сотрудников реализовывались такие проекты, как СКИФ (Сибирский кольцевой источник фотонов), «Супер С-тау фабрика» или как некоторые приоритетные оборонные проекты, мы бы уже давно перестали существовать как единая организация. Основатель ИЯФа Герш Ицкович Будкер, формируя направления научных исследований, охватил смежные, но совершенно разные сферы физики. Во всем мире нет ни одной научной организации, где занимались бы и ускорительной физикой, и физикой частиц, и физикой плазмы, и синхротронным излучением, и лазерами на свободных электронах. Обычно под эти направления создаются разные институты. Благодаря тому, что мы имеем весь комплекс этих исследований «под одной крышей», здесь работают люди, которые вместе учились и понимают друг друга и которые способны найти уникальные решения новых задач на стыке научных направлений. Эта научная школа способна рождать такие проекты, как СКИФ или «Супер С-тау фабрика». Они рождаются в головах одних и тех же людей. Они двигают вперед и фундаментальную науку, и создают уникальные практические приложения, которые неразделимы. Никакие сложности не могут помешать этим людям заниматься наукой — они нужны своему государству для развития и решения насущных задач ничуть не меньше, чем оно им.

Все вышеперечисленные проекты — это «дети» ИЯФа, но детей нельзя держать на коротком поводке, если вы хотите, чтобы они добились успеха. Когда они разъедутся в другие города, вы не станете их меньше любить или меньше помогать им. Вы не потеряете их, а обретете в новом качестве — как самостоятельных взрослых людей, профессионалов, будущих специалистов. Только тот, кто ничего не пытается удержать, владеет всем, писал Эрих Мария Ремарк.

Мария Роговая