Проекты XXI века

Семилетка: на середине пути

В продолжение обсуждений перспективных планов развития Института, начатых в прошлом номере нашей газеты, на вопросы корреспондента отвечает вице-директор ОИЯИ профессор Рихард ЛЕДНИЦКИ.

В вашем докладе по обновлению Семилетней программы были отмечены два исследования - измерение угла смешивания ₁₃, проект Daya Bay, и изучение барионной материи на Нуклотроне, проект BM@N. Какое значение они имеют для ОИЯИ?

BM@N - это новый проект, не предусмотренный в Семилетнем плане, но возник он вполне логично. Если мы хотим создать большую международную коллаборацию для работы на коллайдере, надо начинать уже сейчас. Нуклотрон нам такую возможность дает, создавая уникальные пучки в интересной области энергий, позволяющей достичь больших плотностей барионной материи. Есть интерес в Германии и других странах к этим экспериментам, фактически это будет первый этап проекта СBM, который планируется на FAIR. Поэтому начаты исследования, которые будут продолжены при более высоких энергиях на FAIR в Германии, и - в коллайдерной моде на комплексе NICA в Дубне. Но новый проект BM@N требует дополнительных ресурсов, корректировки семилетки.

Кроме того, появляются новые фундаментальные физические результаты, такие как измерение существенно ненулевого значения угла смешивания первого и третьего поколений нейтрино ₁₃. Так, при участии специалистов из ОИЯИ, в эксперименте Daya Bay в Китае измерения были проведены с достаточно большой точностью: угол ₁₃ составляет около 0,15 радиан, примерно 9 градусов. Если бы он оказался существенно более близким к нулю, то трудно было бы определить иерархию масс нейтрино. Мы знаем, что они массивны и логично предположить, что они упорядочены так: электронное, мюонное, тау-нейтрино. Но эксперимент в настоящий момент допускает обратную иерархию, когда тау-нейтрино может быть самым легким. Чтобы экспериментально решить этот вопрос, нужен эксперимент с удлиненной базой, то есть детекторы должны быть на расстоянии около 80 километров от реактора. Аналогичный эксперимент планируется в США, когда из Фермилаба будет пущен пучок нейтрино из ускорителя и детектор будет располагаться на расстоянии 1300 км. В мире сейчас очень большой интерес к таким исследованиям, они позволят решить не только проблему иерархии, но и разобраться в проблеме нарушения CP-симметрии в нейтринном секторе, что, возможно, позволит подобраться к решению фундаментальной проблемы барионной асимметрии Вселенной, т.е. преобладания вещества над антивеществом. Но для участия в новых нейтринных проектах также нужны дополнительные средства.

Какие успехи в выполнении Семилетней программы вы бы отметили?

Например, эксперименты на Большом адронном коллайдере. Вы знаете, что эксперименты начаты при весьма существенном участии наших специалистов, получаются очень интересные результаты, есть кандидат на хиггсовский бозон и усиливаются указания на то, что это действительно он. Результат исключительно важный, поскольку этот бозон представляет собой квант скалярного поля, ответственного за существование массивных частиц, то есть нас с вами. Возможность обнаружения этого бозона была одним из главных аргументов для строительства LHC.

Можно также отметить успешное завершение планов по модернизации Нуклотрона. Работы были проведены грандиозные - ускорение тяжелых ионов, улучшение параметров вакуумной системы на два порядка, в чем нам помогла чешская фирма "Вакуум-Прага". Новые системы питания и эвакуации энергии позволили осуществить ускорение до максимальной энергии, автоматическая система контроля пучков обеспечила стабильную работу ускорителя… Можно сказать, что достигнуты или улучшены параметры, которые планировались при строительстве Нуклотрона, но не были получены из-за сложных экономических условий. Сейчас завершаются работы по новым интенсивным источникам тяжелых ионов и поляризованных частиц, в Германии начато производство линейного тяжелоионного ускорителя, идет подготовка к производству и тестированию магнитных элементов для бустера (и синхротрона SIS-100 для комплекса FAIR). Все это позволит уже в ближайшие годы проводить эксперименты на высокоинтенсивных пучках Нуклотрона и в будущем - добиться рекордной светимости коллайдера. Это тоже, я бы сказал, успех первых лет семилетки.

Безусловный успех - запуск ИБР-2М, теперь у нас имеется один из лучших и мощнейших импульсных источников нейтронов, можно приглашать физиков из стран-участниц ОИЯИ и других стран мира для экспериментов. Продолжается модернизация спектрометров, работающих на пучках нейтронов с ИБР-2М.

Выдающийся успех - синтез сверхтяжелых элементов и изучение цепочек их распадов. Всего с 1999 по 2009 годы в ОИЯИ было открыто шесть новых элементов, их изучение продолжается и в текущей семилетке. Два из них, 114-й и 116-й, получили недавно наименования - флеровий и ливерморий. Сейчас в Лаборатории ядерных реакций имени Флерова реализуется следующий этап проекта DRIBs (дубненских радиоактивных ионных пучков) и строится новый циклотрон, который будет работать только на программу сверхтяжелых элементов. Значит, освободится время на других циклотронах для проведения экспериментов в области элементов, далеких от линии стабильности, с нейтроно- или протоноизбыточными ядрами, для экспериментов в области ядерной физики, которые сейчас остаются немного в тени. Кроме того, это позволит продвинуться по интенсивности, она будет намного больше, чем в существующих циклотронах. И, возможно, мы достигнем острова стабильности, где предположительно существуют элементы с временами жизни в миллионы лет.

Одна из самых дорогостоящих задач - это запуск ионного коллайдера в рамках проекта NICA, куда мы вкладываем из бюджета около 150 млн долларов. NICA входит в число мегасайенс проектов, согласно плану Правительства России финансирование планируется начать с 2016 года. Это очень важно, потому что наш бюджет позволяет реализовать только минимальную конфигурацию коллайдера и соответствующих детекторов. Но этих денег недостаточно для того, чтобы реализовать возможности этого комплекса для исследований в полном масштабе, включая целый ряд интересных задач в области спиновой и ядерной физики, радиобиологии, прикладных исследований. Например, у нас идеальные пучки железа в гэвной области энергий, которые наиболее часто встречаются в космических лучах, с их помощью можно напрямую проверять радиационную стойкость электроники для космоса.

В каком проекте предстоят самые большие изменения?

Самые большие изменения произошли в проекте NICA. Причина - увеличение длины коллайдера и вынесение его за пределы существующего корпуса 205. Это было сделано из-за того, что для реализации коллайдера в этом здании нужны были очень сильные искривленные магниты (магнитное поле около 4 Тесла), а их пока не существует. И в Германии для FAIR планируются подобные искривленные сверхпроводящие магниты для следующей стадии - для синхротрона SIS-300, но они до сих пор не сделаны. Поэтому решено было использовать знаменитые дубненские сверхпроводящие магниты с магнитным полем в два раза меньше, но ценой удвоения длины коллайдера. Эта техническая причина привела к увеличению стоимости проекта и удлинению графика работ примерно на два года. Но имеются и положительные обстоятельства этого технического решения - теперь достаточно места для ускоряющих секций внутри коллайдера, устройств охлаждения ионных пучков (без чего невозможно получить нужную светимость) и для размещения дополнительного оборудования, необходимого для экспериментов с поляризованными частицами.

Каковы планы Института, связанные с Большим адронным коллайдером?

LHC остановлен примерно на два года, будут модернизироваться установки, доводиться до полной работоспособности и сам коллайдер. Наши физики тоже участвуют в модернизации, особенно тех детекторов, за которые мы несем ответственность. Опыт наших специалистов очень высоко ценится, наше участие приносит пользу не только науке в целом - мы получаем доступ к самым современным технологиям, к самым последним разработкам в этой передовой области знаний. Наши специалисты участвуют и в доведении до рабочего состояния сверхпроводящих магнитов коллайдера, потому что только половина была исправлена и модернизирована после аварии при запуске LHC, и это было сделано быстро и качественно благодаря их весьма активному участию. Вторая половина осталась в первоначальном состоянии, которое не позволяет повысить магнитное поле до полной мощности, и коллайдер практически работает на половину энергии. Доводка магнитов проводится без их разборки, это ювелирная работа, требующая большого опыта и квалификации. Как было сказано в дирекции ЦЕРН, без участия наших экспертов было бы очень трудно уложиться в сжатые сроки вывода коллайдера на проектные параметры. А весь мир ждет новых исключительно интересных результатов после запуска LHC на полную энергию.

Мы участвуем и в других экспериментах в ЦЕРН. Так, например, в эксперименте COMPASS II будут изучаться спиновые явления для прояснения на новом уровне природы спина протона. В эксперименте NA62 (продолжение эксперимента NA48, второй стадией которого руководил профессор В.Д.Кекелидзе) можно будет проверить Стандартную модель в очень редких (на уровне 10^-10) распадах заряженных каонов на заряженный пион и два нейтрино. Эти исследования могут дать важную информацию о новой физике, потому что для этого распада имеется очень четкое предсказание в рамках Стандартной модели. На сегодня наблюдалось 6 таких распадов, что примерно вдвое превышает ожидаемое значение и дает небольшое указание на новую физику. Ожидаемая в эксперименте NA62 статистика около 100 распадов будет достаточна для надежной проверки этого указания. Это важное дополнение к экспериментам на коллайдере в совершенно другой области энергий.

Еще один пункт программы - развитие компьютерной инфраструктуры...

Главная задача ЛИТ - скоростная передача и быстрая обработка больших объемов информационных потоков. Эта лаборатория для нас исключительно важна, она предоставляет возможность эффективно участвовать в экспериментах на крупнейших ускорителях, оперативно участвовать в обработке и анализе данных. Что касается обработки данных экспериментов на LHC, до сих пор у нас существовал только уровень Tier2 т.н. грид-сегмента. Сейчас российское правительство, в соответствии с подписанным с ЦЕРН соглашением, приняло программу строительства в России системы уровня Tier1, она будет реализовываться совместно с "Курчатовским институтом". И эти работы тоже необходимо включить в скорректированный Семилетний план.

Обозначены ли какие-то цифры?

Цифры были озвучены. Конечно, самый большой перерасход связан с комплексом NICA. Стоимость базовой комплектации увеличивается примерно на 70 млн долларов (вместо 150 потребуется 220 млн). Россия, когда обсуждался этот мегасайенс проект, согласилась дополнительно выделить 250 млн долларов. Когда шли переговоры, казалось, этого достаточно, но уже сейчас видно, что этот комплекс можно сделать еще лучше, расширить его возможности. Энергия здесь не будет слишком большая, но она как раз в области, где можно получить самую большую барионную плотность в земных условиях. Аналогичные плотности возможны только при колоссальных давлениях внутри нейтронных звезд.

Как восприняли члены Ученого совета эти факты и предложения?

Конечно, здесь есть некая проблема. Нас иногда критикуют за большое число проектов, реализуемых как в Дубне, так и в других лабораториях мира. Здесь нам рекомендуют не разбрасываться. Могу сказать, что Х.Штокер, директор GSI, в связи с реализацией проекта FAIR сейчас проводит очень жесткую политику ограничения участия физиков GSI в выездных экспериментах, даже в исключительно интересных исследованиях в ЦЕРН. Чтобы быстро реализовать большой проект, нужна концентрация сил, человеческих ресурсов, финансов. Но в науке трудно приказывать, надо искать компромиссные решения. И я бы не сказал, что с точки зрения финансов мы "разбрасываемся", основные средства все же сосредоточены на развитии главных базовых установок ОИЯИ - комплекса NICA, комплекса циклотронов ЛЯР и комплекса спектрометров на пучках нейтронов импульсного реактора ИБР-2М. Проблема в другом - нам нужны высококвалифицированные специалисты - ускорительщики и физики, которые бы готовили эксперименты, нужно проводить симуляции, делать оценки необходимых параметров детекторов, создавать детекторы, которые бы превзошли существующие. И уже обозначены жесткие временные рамки. Если мы хотим запустить коллайдер комплекса NICA и хотя бы основной детектор одновременно в 2017 году, то все работы должны вестись слаженно, по четкому графику. И думаю, что придется привлекать людей, специалистов из других лабораторий и институтов, использовать их опыт для решения этих задач и обучения молодежи. Но это уже вопросы кадровой политики - серьезная задача для руководителей.

Галина МЯЛКОВСКАЯ