Совещания

NA61/NA49: по пути модернизации

(Окончание. Начало в N 18)

Как приобретался этот опыт

Григорий Александрович Феофилов, заведующий лабораторией физики сверхвысоких энергий НИИ физики имени В.А.Фока, Санкт-Петербургский государственный университет:

- В эксперименте NA61(SHINE) мы участвуем давно, уже 8 лет, но основная наша работа с 1992 года связана с исследованиями материи в экстремальном состоянии, ведущимися в коллаборации ALICE. Мы там начинали с участия в разработке идей и подготовки двух центральных систем установки, с разработки физической программы, а сразу после запуска коллайдера вышли на обработку данных и физический анализ. Тогда появились другие контакты и в область наших интересов попали новые направления исследований экспериментов NA57, а потом NA49/NA61. Образовалась очень интересная вторая ветка, а наша научная молодежь получила дополнительные возможности заниматься и детекторами, и физическим анализом. Так что на сегодняшний день у нас за плечами разработка новой системы для NA61, которая обеспечила увеличение в 10 раз интенсивности пучков ионов за счет решения проблемы с многократным рассеянием внутри установки. Для этого придумали так называемый гелиевый двухконтурный ионопровод пучка внутри вершинных камер установки NA61. Это отдельная интересная история...

- Расскажите подробнее...

- Представьте себе огромную работающую установку - крупнейшую в мире время-проекционную камеру для фиксированной мишени. Детектор создавался много лет усилиями десятков институтов. И этой установке надо сделать хирургическую операцию - вставить внутрь вершинных камер некое устройство и убрать газ на всем пути тяжелоионного пучка, пролетающего через установку. Надо придумать, что вставить и как. И ничего не нарушить, а там все достаточно хрупкое, миниатюрное, и разбирать нельзя, поскольку снова уже не собрать. Понятно, что все "лишнее" на пути пучка всегда будет давать фон. Можно создать вакуум внутри установки, а для этого соорудить что-то с крепкой оболочкой и, следовательно, массивное, что будет все равно давать значительный фон от частиц, но на этот раз летящих из мишени. Можно еще поставить на пути пучка вместо аргона легкий гелий при нормальном давлении и в тонкой майларовой трубе. Однако гелий будет диффундировать через тонкую 30-микронную оболочку и, попадая в рабочую газовую смесь вершинных камер, испортит всю работу детектора. Природу трудно обмануть...

Выход был найден во второй тонкостенной оболочке, продуваемой СО₂. Сама операция по монтажу двух таких невесомых цилиндрических конструкций длиной 2,5 м каждая внутри вершинных камер NA61 добавила несколько седых волос. Была сделана самая тщательная подготовка этого монтажа, но риск оставался. Если бы что-то пошло не так, сегодня могло бы не быть NA61, это, конечно же, была бы катастрофа, потеря лица, мы бы "вошли в историю". Но все прошло удачно и все работает!

- Сколько времени и как вы это делали?

- Где-то год анализировали проблему, обсуждали варианты и вырабатывали решение. Сама же конструкция ионопровода готовилась примерно два месяца. Надо было разработать и сделать специальные приспособления для изготовления узлов и для монтажа, выточить оправки, подобрать технологию, все испытать... Потому что все должно быть тонкое, невесомое, но гарантированно работающее. Важно, что здесь мы применили наш опыт и петербургские технологии углепластиков, те, с которыми мы в ALICE делали вершинный детектор, сердце эксперимента.

Может быть, тоже интересно будет узнать, как этот опыт приобретался. В 1992 году питерская команда разработала предложения и технологии, обеспечивающие высокоэффективные сверхлегкие системы позиционирования и охлаждения кремниевых детекторов ALICE, предназначенных для определения вершин распадов частиц. И умельцы из Санкт-Петербурга обеспечили создание сверхточной и сверхлегкой, но термо- и механически стабильной системы. А надо отметить, что кремниевые детекторы, которые там работают сегодня, - это почти 10 кв. метров тонких кремниевых пластин. Это 20-30-микронная точность измерений координат трека. И все это должно не расплавиться, а работать при комнатной температуре, хотя первичная электроника производит примерно 7 киловатт тепловой мощности. Задача казалась практически нерешаемой. Но выход был разработан на основе системного подхода к проблеме.

Основой простого решения стала углепластиковая пространственная ферма длиной 1,2 м весом всего 22 г, на которой монтировались детекторы и в которую сразу интегрировалась высокоэффективная система охлаждения электроники. Из этих ферм с детекторами потом монтируется цилиндр - один, второй, третий, собирается гигантская конструкция. Фермы состоят из углепластиковых иголочек, которые при этом переносят достаточно большую нагрузку. Мы это продемонстрировали для коллаборации - почти невесомая ферма длиной 1,2 м выдерживала практически без прогиба вес в 2 кг (в опыте мы использовали для пущей убедительности полную литровую бутылку водки, подвешенную посередине фермы). Сейчас обсуждается применение аналогичных "сверхлегких" углепластиковых технологий и для нового вершинного детектора установки NA61.

- Как эти работы сочетаются с научными интересами университета?

- Эксперимент, и особенно фундаментальный, требует в том числе и технических решений, без которых невозможно реализовывать программу научных исследований. В нашем университете физическая программа опирается на разработки, которые имеют корни в теоретическом отделе (работы М.А.Брауна, Россия, и К.Пахареса, Испания). Наши исследования нацелены на поиск нового явления, которое, можно сказать, предшествует появлению кварк-глюонной плазмы и относится к самым ранним стадиям столкновений ядер. Это явление возможного взаимодействия кварк-глюонных струн, которые образуются, согласно модельным представлениям, между сталкивающимися партонами и являются основными источниками частиц в мягкой области спектра поперечных импульсов. Число струн растет с увеличением энергии столкновений, и они могут начать перекрываться, образуя кластеры. В случае взаимодействия между ними (например, слияния) могут появляться струны нового типа. Последнее должно привести к появлению заметных, так называемых дальних корреляций между значениями среднего поперечного импульса частиц в одной области быстрот и множественностью частиц, измеренной в совершенно другой, достаточно отдаленной от первой. Первые экспериментальные указания на существование таких дальних корреляций мы получили при анализе данных по выходам заряженных частиц в тяжелоионных столкновениях в эксперименте NA49, предшественнике NA61. Эти исследования мы ведем и в эксперименте ALICE. А для того чтобы работать в "мягкой области", как раз и нужна радиационно-прозрачная внутренняя трековая система...

Сегодня наш университетский опыт позволяет развивать идеи как в разработках детекторов и экспериментальных методик, так и детально анализировать и понимать информацию, извлекаемую из современного эксперимента, а также и развивать теоретические представления об исследуемых процессах. На этом учатся и растут молодые специалисты, - участвуют в обработке и анализе данных, используют новейшие информационные и вычислительные технологии, пишут свои предложения. Поскольку у нас студенты в основном из теоретического отдела с кафедры физики высоких энергий и элементарных частиц, то их собственные идеи реализуются и в аналитических расчетах и в монте-карловских программах, результаты которых тут же можно сравнить с живым экспериментом. Та экспериментальная информация, что идет сегодня, воспринимается ими совсем не абстрактно - они занимаются физикой и пытаются найти ответы на вопросы, которые неизвестны никому, они чувствуют себя первопроходцами.

- Сотрудничество с ОИЯИ помогает вам?

- Дубна для нас уникальное место. Сотрудничество с ОИЯИ развивалось в университете всегда и в разных направлениях. Это давало уникальные возможности работы на самых интересных направлениях физики высоких энергий и ядерной физики, поддерживало профессиональную деятельность даже в тяжелейших условиях. Без ОИЯИ мы бы не участвовали ни в ALICE, ни в NA61. Я начал приезжать в командировки и работать в ОИЯИ с 1985 года - вначале в ЛВТА, потом в ЛВЭ. Возможности рабочих поездок в Дубну сократились в 90-х годах, но мы регулярно приезжали с сообщениями на Балдинские совещания и на конференции по грид. И это совещание NA61 тоже важно, потому что дает возможность, кроме всего прочего, еще и "обкатать" нашу молодежь, выступить и представить свои результаты. Конечно, важно, что их работа имеет значение не только для нас, но и для коллаборации NA61. Все вместе это составляет картину движения, и главное, что ребята растут. Очень хорошо было бы, чтобы существовала перспектива для молодежи потом работать в России.

- Приезжают ваши студенты работать в Дубну?

- Последние годы у нас контакты не настолько сильные, как хотелось бы. Причин тому много, но прежде всего, общая ситуация с российской наукой. А в преломлении для вузов и университетов она означает следующее: научные исследования только по грантам. Если гранта нет, то научный сотрудник считается уволенным. Если получил грант, то можно оформить и молодежь - разбив зарплатный фонд на половинки и четвертинки ставок. Мне удалось привезти ребят, потому что в полученном гранте мы можем выделить часть на зарплаты, часть на поездки. Какие зарплаты, могу сказать. В прошлом году, например, в итоге по трем грантам у нас была зарплата порядка 70 тысяч рублей в месяц на лабораторию из 10 человек (на всех). Известно, какие усилия надо предпринять, чтобы получить грант. Но даже если вы его выиграете, потом пройдете по конкурсу на ставку или полставки научного сотрудника на этот же самый грант (!), - это еще не означает стабильную работу. Потому что вводится так называемая экспертиза результатов, а точнее отчетов. Может быть, это и правильно, но известно, какую дорогу мостят "благие намерения". И 31 декабря оказывается непонятно, продлили грант или нет, и кто вы и что вы и ваши ребята после окончания каникул, и в начале февраля также все еще неизвестно, можно ли оформлять командировку...

А нам надо и продолжать поиск, и сохранять наш опыт - уже более 20 лет в ALICE, и с 2006 года вложили достаточно много усилий в NA61. Надо работать еще и потому, что знания по ядерной физике нужны. Не только для того, чтобы студенты были на мировом уровне в понимании фундаментальных основ, но и потому, что эти знания связаны с массой ядерно-физических приложений, которые нужны нашей стране, - кто ими будет заниматься?

Но чтобы это все сохранять, надо в первую очередь выполнять обязательства, которые связаны с международным сотрудничеством, потому что в этом область наших научных интересов. Возможность вести экспериментальные работы по ядерной физике непосредственно в университете сегодня отсутствует. Раньше была мощная школа экспериментальной физики, основа ее базы - "дедушка ускоритель", циклотрон У-120. Он работал почти круглый год, среди групп постоянно была очередь на пучковое время. Эта экспериментальная база обеспечивала также и высокоэффективный учебный процесс и позволяла поддерживать научные связи. Циклотрон и сегодня в рабочем состоянии, но его не включают. Последние три года университет оказался по неизвестным причинам без лицензии на работы с источниками. Сейчас пытаются ориентировать студентов и сотрудников СПбГУ на работы в ПИЯФ в Гатчине. Это составляет некую проблему. Час или два часа на дорогу для студентов - и система получения знаний начинает разрушаться... Работы "руками" в лаборатории и "головой" на лекции должны быть для студентов неразделимы и рядом, особенно на младших курсах.

- Как же ваши студенты сейчас занимаются экспериментальной физикой?

- Речь здесь идет, конечно, только о физике высоких энергий. Для студентов и аспирантов в нашей научной лаборатории мы пытаемся создать условия, чтобы они участвовали в сменах на установках ALICE и NA61, занимались обработкой данных, поступающих из ЦЕРН, развивали свой анализ экспериментальных данных, участвовали в международных школах и конференциях со своими результатами. Для этого закладываются по возможности ресурсы в наших грантах. У нас работает небольшой кластер, входящий в состав российского грида и международного, для LHC. Очень важно, что Санкт-Петербургский университет курирует все российские грид-сайты ALICE, у нас в лаборатории выросли ребята, которые способны вести эту координацию. Для студентов это означает, что у них есть квалифицированная помощь, можно не тратить время на технические проблемы, а сразу заниматься физикой. Ребята сочетают учебу с работой, и гранты помогают им быть привязанными к этой теме в СПбГУ, а не искать работу на стороне. По вторникам у нас идут свои семинары, а по четвергам - с ЦЕРН в режиме видеоконференций. Один из формальных показателей - за прошлый год у нас было 17 докладов на международных совещаниях и конференциях. Пока держимся...

Но очевидно, что в России должна быть широкая программа поддержки научной молодежи, чтобы ребята не искали работу в Европе. Пока же сохраняется ситуация, физически выталкивающая ребят из университета, из страны, потому что прожить на аспирантскую стипендию в пять тысяч рублей невозможно. А аспиранты - самая продуктивная сила нашего общества. Если они начинают работать в банке или частной фирме, практически не остается времени на науку. Нужны гранты, стипендии, позиции, которые обеспечивали бы зарплату хотя бы на уровне 20 тысяч рублей. У нас таких практически нет, либо очень мало, поэтому продолжается утечка мозгов из страны. А еще и жилье... Насколько я могу судить по всем нашим ребятам, они не стремятся уехать, многие хотели бы иметь возможность получить позиции здесь. Но российские условия, к сожалению, таковы, что выбора иногда не остается - несмотря на все отдельные, разрозненные и редкие попытки, которые делаются сегодня "там, наверху" - мегагранты, правительственные гранты, президентские стипендии, конкурсы для молодежи, доплаты для особо выдающихся аспирантов и так далее. Так что нам надо продолжать - несмотря ни на что...

Галина МЯЛКОВСКАЯ