Представитель Комиссариата атомной энергии Франции (CEA Saclay), участник эксперимента CMS на Большом адронном коллайдере (LHC) и коллаборации RD51 в CERN, член рабочей группы по разработке конституции Международного линейного коллайдера (ILC) в Японии и бывший киевлянин Максим Титов рассказал «Граниту науки» о перспективах физики элементарных частиц.
«Никогда не теряй терпения — это последний ключ, открывающий все двери…» («Ne perdez jamais patience, c’est la dernière clé qui ouvre la porte…») — Антуан де Сент-Экзюпери
— Максим, у Вас стандартное образование киевского ребенка, увлеченного физикой: 145-я школа и затем – Московский физико-технический институт. Как затем построился Ваш путь в CERN?
— Да, в 90-е годы у нас было таких две школы: специнтернат под Киевом, в Феофании, с физико-математическим образованием и 145 школа, которая была в основном для киевлян. В 8, 9 и 10 классах школы нам давали углубленные знания по физике и математике, что способствовало лучшей подготовке; также мы участвовали в олимпиадах. Физика меня увлекала, давалась легко с ранних классов. Как и большинство выпускников нашей школы, я поступил в МФТИ – у нас из класса поступило 10 человек. Этот путь был стандартным, но он достаточно интересный, к тому же, стать на него – это был первый шаг нацеленный на решение амбициозных задач в будущем. Даже удержаться на нем было сложно: о физтехе ходили целые легенды — многие не могли преодолеть программу, не выдерживая, прежде всего, психологических нагрузок. Немало студентов отчислялись из института не сумев сдать экзамен по английскому языку.
Конечно, те, кто приезжали в МФТИ на учебу из Москвы, многое теряли: на Физтехе надо было жить в общежитии, с 8 вечера до 3-4 утра ходить решать друг к другу задачи. Одному осилить программу было очень сложно. У нас была абсолютная общность интересов: конечно, ничего, кроме науки. Ты учился не сам по себе, а в коллективе, и я думаю, что этот навык сыграл очень важнуюроль в моей карьере. Это то, что захватывало и стимулировало к дальнейшим шагам. Физтех научил нас добиваться результатов в условиях постоянного цейтнота времени, что вместе со знанием квантовой механики и квантовой теории поля, позволило заложить основу, фундамент для дальнейшего развития как ученого. Будучи студентом третьего курса, я попал на практику в Институт теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) им. Алиханова – в совершенно уникальный мир фундаментальной физики. С того времени я и не менял свою специализацию, так что в области физики элементарных частиц я с 1993 года.
Мне повезло, потому что этот институт еще с советских времен был активным участником в международных коллаборациях. ИТЭФ стал членом коллаборации ARGUS в научном центре DESY в Гамбурге в 1979 году, когда контакты с Западом были еще очень-очень ограничены. В 1993 году планировался новый эксперимент HERA-B по изучению преобладанию вещества над антивеществом во Вселенной на ускорителе HERA, и меня, студента 3-го курса МФТИ, на него пригласили. Так я попал сразу в мир международных больших коллабораций. Это было очень интересно и безумно ответственно. Когда молодой человек в 20 лет на 4 курсе института приезжает на три месяца в ведущий научный центр Германии — DESY, у него разбегаются глаза и появляется естественное желание доказать, что ты что-то можешь.
Что касается моих дерзаний как студента, то я был как и все тогда: начал с прикладной задачи, проектирования газового детектора, на основе пропорциональных камер, для регистрации частиц в эксперименте HERA-B – а дальше было развитие ступень за ступенью. У нас в физике, в отличие от других областей, вы должны именно вырасти, пройти через все этапы. Мне повезло — эксперимент оказался очень сложным прежде всего с технологической точки зрения и многие наработки потом мне очень пригодились в CERN, например, для развития радиационно-стойких газовых детекторов. В рамках эксперимента HERA-B, я занимался строительством и сборкой мюонных камер, руководил группой физиков, инженеров и техников при системной интеграции мюонного детектора и вводе его в эксплуатацию, занимался анализом физических данных и отвечал за ежедневную работу эксперимента («HERA-B Run Coordinator»). Это была бесценная школа!
Затем с 2004 по 2007 годы я работал научным сотрудником в университете Фрайбурга в Германии, где занимался созданием полупроводниковых детекторов для трековой системы эксперимента ATLAS (прим. одна из двух коллабораций, которая открыла бозон Хиггса) в CERN. Прекрасно помню свое впечатление от регулярных командировок в небольшую (~50 сотрудников) высокотехнологичную («high-tech») компанию в городе Невшатель, Швейцария, на производство электроники для проектов CERN: все программируется, все автоматизировано, затраты на человеческий ресурс минимальные.
Параллельно я стал участником коллаборации D0 на ускорителе Tevatron в лаборатории Fermilab (в городке Батавия, 70 миль от Чикаго), который был до запуска Большого адронного коллайдера крупнейшим ускорителем на Земле (функционировал с 1983 до 2011 года). Физики элементарных частиц были одними из первых, кто применил методы искусственного интеллекта в разработке программного обеспечения, анализе физических данных и теоретических расчетах. Первый из серии семинаров по этой теме под названием «Искусственный интеллект в высоких энергиях и ядерной физике» (AIHENP) был проведен в 1990 году. Но потребовалось несколько десятилетий теоретической и вычислительной разработки, чтобы эти алгоритмы превзошли стандартные методы обработки данных. Начиная с 2004 года и до окончания работы ускорителя в 2011 году (уже как сотрудник CEA Saclay), я занимался поиском бозона Хиггса в эксперименте D0 с помощью искусственных нейронных сетей и других современных методов машинного обучения («deep machine learning»). И хотя Хиггз-бозон так и не был открыт на Теватроне, это был очень полезный опыт. Сегодня, методы искусственного интеллекта все чаще выступает стимулом прогресса в технике и бизнесе, и крупные компании, такие как Google, Apple, Microsoft, IBM, Intel, Nvidia и Facebook, инвестируют сотни миллионов долларов в технологии машинного обучения. Использование методов искусственного интеллекта увеличивается также и в экспериментах на Большом адронном коллайдере, с точки зрения широты приложений и набора различных изучаемых методов, что, скорее всего, является только началом грядущей революции в физике частиц.
— Фактически, всю свою карьеру вы провели в мире больших коллабораций – что можете сказать об их особенностях, преимуществах?
— Люди, работающие в международных коллаборациях, прежде всего видят разнообразие культур как пространство возможностей. Это дает очень хороший стимул научиться понимать поведение людей. Вы приобретаете уникальный опыт, который позволяет избегать культурных ловушек, когда вы приезжаете в другую страну без знания ее традиций. У вас появляется кругозор, который вы только расширяете, обретая новых коллег и друзей. Обмениваясь с ними знаниями в повседневной жизни, вы учитесь ценить сходства и различия между разными культурами, жить и работать с этим. Если между людьми в рабочих группах нет различий, у вас может быть меньше энергии и мотивации создать что-то новое. Если у вас разные точки зрения, вы должны использовать эти различия как возможность для прогресса — это во многом и является фундаментом, делающим успешными глобальные проекты в CERN. Поэтому опыт приобретаемый в больших международных коллаборациях может использоваться далеко за пределами науки.
Крупномасштабные глобальные научные проекты в энергетике, космической отрасли, ускорительных и информационных технологиях стимулируют инновации. Это характерно для космических програм (например, Международная космическая станция (МКС) и миссии Pioneer / Voyager), энергетики (Международный экспериментальный термоядерный реактор (ИТЭР)), и для физики элементарных частиц в целом и, в частности, на Большом Адронном Коллайдере («Large Hadron Collider (LHC)». Инновационные технологии, которые были продиктованы новыми научными проектами в CERN, включают в себя сверхпроводники и магниты, комплексы криогенного оборудования и вакуумные технологии, различные виды радиационно-стойких детекторов, электронные и информационные системы, а также методы управления глобальными научными коллаборациями. Для процветания инновационной среды необходимо сочетание, сразу нескольких, наиболее важных факторов – наличие конкретного проекта с амбициозными целями и сроками исполнения; высококвалифицированные и мотивированные команды во всех областях и на всех уровнях; открытое сотрудничество с компетентными партнерами; готовность людей учиться у других и свободно делиться результатами; и инвестиции в образование.
— В 2007 году Вы получили постоянную позицию ведущего научного сотрудника (Senior Scientist) в Комиссариате атомной энергии (CEA Saclay). Что это за организация и каков Ваш круг обязанностей?
Да, я работаю в Институте Исследований Фундаментальных Законов Вселенной (IRFU), который является своебразной «изюминкой» Комиссариата атомной энергии (CEA Saclay), созданного 18 октября 1945 года генералом Шарлем де Голлем; первым руководителем которого («High Commissioner for Atomic Energy») был Фредерик Жолио-Кюри. На сегодняшний день, чтобы ответить на ключевые вопросы, с которыми мы сталкиваемся при изучении четырех фундаментальных взаимодействий в разных масштабах, от самых маленьких (кварков и лептонов — строительных блоков материи) до самых больших (структура и энергия Вселенной), IRFU организован вокруг нескольких научных тематик, среди которых технологическая составляющая играет ключевую роль.
Новейшие разработки ускорительного департамента института, осуществляемые в тесном сотрудничестве с промышленностью, включают ускорители, сверхпроводящие магниты, детекторы, микроэлектронику, инженерные системы, и разработку алгоритмов — включая методы искусственного интеллекта. Совсем недавно, совместно с учеными из Германии в рамках проекта «Iseult», в институте был разработан совершенно уникальный магнит с полем 11,7 Тесла, который является основным компонентом сканера магнитно-резонансной томографии (МРТ), устанавливая новые стандарты в области визуализации головного мозга. IRFU, совместно с CERN и другими лаботориями, также принимает участие в разработке ещё более мощных сильных магнитов с полем в 16 Т, необходимых для реализации будущего кругового 100-километрового коллайдера FCC («Future Circular Collider»), который может стать следующим мегапроектом (скорее даже — гигапроектом) CERN. Совместно с французской компанией Alsyom, CEA также играл ключевую роль при строительстве 102 ускоряющих криомодулей («cryomodules»), состоящих из 768 сверхпроводящих резонаторах из сверхчистого металла ниобия, для Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (XFEL) в DESY, Hamburg. Этот лазер основан на той же технологии что была разработана и для Международного Линейного Коллайдера (ILC) в Японии и является своего рода «прототипом» для будущего электрон-позитронного коллайдера ILC (XFEL — это порядка 10% ILC комплекса).
Получив постоянную позицию в департаменте физики элементарных частиц институтa IRFU, я продолжил свое участие в коллаборации D0 на ускорителе Tevatron и в разработке новых технологий для ILC проекта, перешел из эксперимента ATLAS в CMS на Большом адронном коллайдере и принял участие в создании коллаборации RD51 в CERN.
— Максим, а как, учась в МФТИ, Вы представляли себе свою дальнейшую работу? Какую цель ставили? Насколько контрастирует она с нынешними Вашими целями?
— В студенческие годы я и представить себе не мог, что буду сегодня принимать участие в рабочей группе по созданию организационной структуры и конституции Международного Линейного Коллайдера (ILC). Если это станет реальностью, то это будет новый проект в физике элементарных частиц – в своём роде «CERN-II» глобальная лаборатория, в стране с восточной культурой — Японии, которая никогда не была лидером в глобальных проектах. Но сейчас на это появляется политическая воля; для Японии это ещё и вопрос инвестиций в развитие высокотехнологичной составляющей на Севере страны, сильно пострадавшего от разрушительного цунами в 2011 году.
Когда я учился в МФТИ, мне и в голову не могло прийти, что я буду принимать участие в экспериментах на Большом Адронном Коллайдере — это казалось чем-то из разряда фантастики. Первое впечатление от CERN: здесь все очень функционально, скромно и по делу. Дух CERN — не знаю, откуда он происходит, но есть ощущение научного сообщества людей, объединенных идеей. И это точно не идея заработать деньги!
Это витает в воздухе. В столовой CERN, которая всегда заполнена, Нобелевские лауреаты обмениваются опытом за одним столом с молодыми учеными, и все чувствуют себя совершенно естественно и комфортно. Лаборатория яркая и живая, она пульсирует, когда люди сидят, обмениваются идеями, спорят. Здесь можно услышать разговоры на десятках языков. В одной группе говорят по-французки, во-второй — по-английски, в третьей — по-японски. Каска вообще самый распространенный головной убор. Здесь никто не запирает за собой дверь офиса ровно в 17.00. По вечерам бывают встречи, и люди часами сидят и обсуждают в столовой CERN, которая открыта с 6 утра до полуночи …
Но по-настоящему уникальным ЦЕРН делает Большой адронный коллайдер — это настоящее чудо, результат человеческой изобретательности. Протоны разгоняются с помощью магнитного поля, а его сила достигается с помощью сверхпроводимости, которая реализуется при температуре -271,3° C: 10 тыс. тонн жидкого азота и еще 120 тонн жидкого гелия используются для этого. Это холоднее, чем в открытом космосе (там -270,5°C) и очень близко к абсолютному нулю -273,15°C. Тому самому, недостижимому… Здесь, на двух детекторах ATLAS и CMS, мы изучаем то, что было в ранней Вселенной в первую долю секунды (10-9 секунды) после Большого взрыва. Как мы в принципе можем это « пощупать »? Это же всё было так давно. С тех пор вся Вселенная изменилась. Но оказывается, что есть вещи, которые с тех пор не поменялись, не исчезли, мы их можем, условно говоря, «восстановить» с помощью ускорителей. Столкновения протонов высокой энергии на LHC — это инструмент, который позволяют ученым путешествовать обратно во времени.
— Если бы Вас попросили охарактеризовать ЦЕРН одним словом, что бы это было за слово?
— Безусловно, это слово — «масштаб», и всегда стараюсь подчеркнуть в своих презентациях масштаб процессов, происходящих в лаборатории: и ускорителя, и связанных с ним технологических «ноу-хау» («know-how»), и того, что человечество смогло построить совершенно уникальные детекторы и открыть с помощью их Бозон Хиггса, и масштаб того, каким образом происходят процессы организации и управления в коллаборациях CERN — не сверху вниз («top-down»), а горизонтально. В эпоху Большого адронного коллайдера, координация усилий в экспериментальной физике частиц поднялась на новый глобальный уровень. Эти процессы совершенно уникальны, не имеют аналогов во многих других областях науки и за ее пределами!
Чуть-чуть истории: CERN, французская аббревиатура от Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, Европейский совет по ядерным исследованиям, был создан 29 сентября 1954 года. Потребовались усилия и дальновидность группы ученых, дипломатов и политиков в одном лице, которым удалось так соединить науку и образование, чтобы возникло то, что в физике мы называем «резонансом», и что навсегда изменило методы международных научных исследований. Среди них были Рауль Дотри, Пьер Оже, Эдоардо Амальди, Нильс Бор и франзуский физик Луи де Бройль, который редложил создать лабораторию на Европейской культурной конференции в Лозанне в 1949 году. Роберт Оппенгеймер, Исидор Раби и другие выдающиеся американские физики поддержали это начинание, считая, что Европа не сможет удержать свою лидирующую роль в области теоретической физики, если не удастся собрать лучшие умы под одной крышей. Идея получила поддержку правительств европейских государств, и то что себе было трудно представить через несколько лет после Второй мировой войны, стало реальностью — 12 стран-участниц (Франция, Швейцария, Великобритания, Италия, Германия, Бельгия, Дания, Греция, Норвегия, Швеция, Нидерланды и Югославия) ратифицировали Конвенцию о создании научного центра под эгидой ЮНЕСКО, который стал символом объединения интеллектуальных сил Европы. Тогда, в 1954 году, Германия на равных со всеми села за стол переговоров; идея и мотивация создания лаборатории выходили далеко за рамки научной составляющей.
На протяжении всех этих 65 лет в CERN раскрывались тайны мироздания и по крупицам добывались данные о том, куда миллиарды лет назад исчезла антиматерия и почему все имеет массу. Вот почему бозон Хиггса так искали, а когда нашли, уже через год дали за это Нобелевскую премию.
В CERN работал французский (родом из волынского местечка Дубровица, ныне — Ровенская область Украины) физик Жорж Шарпак (Georges Charpak, 1924 — 2010). В 1992 году он стал лауреатом Нобелевской премии по физике «за открытие и создание детекторов частиц, в частности многопроволочной пропорциональной камеры».
Далекому от физики высоких энергий человеку CERN подарил «Всемирную паутину» (WWW): в 1989 году ученый-компьютерщик из Оксфорда, сотрудник CERN Тим Бернерс-Ли изобрел этот принципиально новый способ свободного доступа в сеть. Сегодня CERN — это крупнейший в мире и единственный в своем роде научно-исследовательский центр в области физики элементарных частиц, который расположен к западу от Женевы на территории Швейцарии и Франции (основная площадка CERN-Meyrin), у подножия горного массива Юра; на экспериментальном оборудовании CERN трудятся около 15000 ученых, более 100 национальностей из 500 научных центров и университетов. Здесь есть уникальная научная, технологическая и культурная составляющие — всё это несомненно, делает участие в экспериментах CERN — работой мечты; такое чуство не покидает меня с тех пор как я стал работать здесь в проектах.
— Максим, а что значит «горизонтальное управление», которое Вы упомянули?
— Для того, чтобы быть эффективным руководителем коллаборации в CERN, вы должны учиться быть психологом и «понимать» мотивацию поступков людей. Я прошел это все, возглавляя RD51. Фундаментальной отправной точкой является хорошее знание человеческой природы, такой как потребности, желания и эмоции. Ваша задача как руководителя коллаборации не решать проблему, когда конфликт возник, а предупредить его. Все коллаборации в CERN управляются не сверху вниз, а горизонтально, потому что это единственный возможный способ обьединять интересы ученых, в которой люди будут делиться и вносить свой вклад — иначе это невозможно. Вы должны на время каденции, как руководитель, немного пожертвовать своей научной составляющей, но быть в курсе дела, если зарождаются какие-то человеческие конфликты — а они в больших международных коллаборациях возникают априори. Чтобы их предотвращать, всегда нужно стараться «услышать» обе стороны. Когда ты слышишь одну точку зрения, то ситуация как бы ясна, когда другую – то она тоже ясна, но совершенно противоположна. Поэтому надо быть очень осторожным, и не давать «ad hoc» мнение. Очень часто вмешательство в какие-то процессы, без наличия достаточной информации, может быть контрпродуктивным. Как и в любом конфликте вы стараетесь сделать так чтобы люди сели вместе и обсудили все спокойно, логически и без эмоций, и нашли приемлемую для них точку соединения. Сесть вместе и обсудить все логически, не примешивая эмоции, ведь это то, что физикам делать легко. Иногда легко… Поэтому, когда вам говорят: «О, вам повезло, у вас такая хорошая коллаборация, у вас нет конфликтов!» – значит вы справляетесь. А если вы все время решаете конфликты, которые возникают уже на публике, значит, вы что-то упускаете из виду и делаете неправильно.
— Расскажите, пожалуйста, о Коллаборации RD51, чем конкретно она занимается?
— Сегодня коллаборация RD51 занимается развитием микроструктурных газовых детекторов для фундаментальной и прикладной физики. История газовых детекторов имеет более чем столетнюю историю; один из них — счетчик Гейгера-Мюллера, впервые описанный в 1928 году, до сих пор используется для измерения радиационного фона. Настоящее открытие в концепциях детекторов произошло в 1968 году, когда Жорж Чарпак (Georges Charpak) изобрел многопроволочную пропорциональную камеру («MWPC») для детектирования элементарных частиц, без использования которой до настоящего времени не обходится ни один эксперимент в области физики высоких энергий. Это изобретение принесло ему Нобелевскую премию по Физике в 1992 году.
Но, с течением времени, стало понятно, что рабочие характеристики MWPC уже не всегда удовлетворяют требованиям экспериментов на Большом адронном коллайдере, с точки зрения радиационной стойкости детекторов и необходимости регистрировать сильно возросшие потоки частиц. Это стало стимулом для создания газовых приборов нового поколения — так называемых, микроструктурных газовых детекторов — которые появились в конце восьмидесятых, благодаря новейшим технологиям и развитию фотолитографии и микроэлектроники.
Две группы, одна из CERN, другая из CEA Saclay, вели параллельное развитие двух основных технологий — газового электронного умножителя («GEM») и плоско-параллельной камеры с микросеткой («MICROMEGAS»). Характеристики приборов были очень похожи, поэтому было и сотрудничество и соперничество — ученые очень эмоциональные люди – как вы знаете. Важной вехой стал 2008 год: появилось понимание, что создав совместную платформу для дальнейшего развития микро-структурных детекторов, электроники и моделирования, мы могли бы эти технологии расширить, кроме этих двух концепций сделать еще больше. Но сначала была только идея, и мне посчастливилось принять самое активное участие в ее реализации — строительстве коллаборации буквально по кирпичику, а потом в течении 8 лет (2008-2015) быть ко-руководителем («Co-spokesperson») этой большой международной коллаборации.
Вначале Научный совет CERN одобрил создание коллаборации на 5 лет, потом продлил еще на 5, и в 2018 году коллаборация была еще раз одобрена до 2023 года. Сегодня RD51 состоит из более чем 90 институтов и 450 ученых из более чем 30 стран Европы, Америки и Азии. Став руководителем, я стал понимать, насколько важно человеческое общение и умение достигать не только определенных технологических результатов, но и строить отношения между людьми.
— Является ли это пределом карьерной амбиции для ученого-физика, возглавить какую-нибудь коллаборацию в CERN?
— В науке вы не ставите таких глобальных целей, как что-то возглавить, а растёте эволюционным путем, решая конкретные текущие задачи. Вас прежде всего ведет вперёд интерес к решению амбициозных научных проблем, которые никто до вас не решал, и непонятно еще, существует ли их техническая реализация. Вы как первопроходец, решающий задачу, которая, возможно, не имеет решения вообще – и это обстоятельство безумно стимулирует к аналитическому переосмыслению того, что происходит, и попытке найти все-таки «решение нерешаемой задачи». Здесь очень важно окружение и ваш кругозор.
Иногда приходится слышать от амбициозно-настроенных молодых людей: «Планирую дорасти до руководящих должностей, чтобы владеть более широкими полномочиями в управлении» — и мысленно улыбаюсь. В науке, большой науке — это не работает, от слова «совсем» … Научное лидерство, в своём роде, подобно красоте — ему невозможно дать четкое определение… Но ты сразу понимаешь, что это «оно», когда видишь его … В науке, когда вы становитесь руководителем большого международного проекта, ваша задача не столько «руководить», а понимать, прежде всего, что может произойти не так, и что необходимо подкорректировать. У вас нет времени углублятся в каждую деталь эксперимента и упаси вас бог заниматся микро-менеджментом в глобальной коллаборации, но вы должны чётко понимать: вот это мне говорят – выглядит разумно, похоже на правду, а вот этого совершенно точно быть не может. А чтобы чуствовать, у вас должен быть широкий кругозор в физике и технологиях и наработаны собственные ощущения, вы должны через все этапы пройти сами, вырасти. В физики элементарных частиц, вы не стремитесь переходить все время с одной руководящей позиции на другую. Структура больших коллабораций в CERN построена таким образом, что решения принимаются в основном в горизонтальной, а не в вертикальной плоскости, и это в порядке вещей, что вы были руководителем коллаборации 2-5 лет – и после этого снова возвращаетесь в «ученые». И получаете огромное удовольствие от того, что можете больше времени посвятить науке, или начать новый проект. Позиция руководителя коллаборации рассматривается, прежде всего, как сервис обществу.
— Как оно и задумывалось, по-хорошему, не только в физике…
— Да. В науке, вы можете сегодня быть руководителем коллаборации, завтра — просто физиком, а послезавтра — руководителем научного центра. И это определяется не столько вашим CV и вашей траекторией на руководящих должностях, сколько пониманием, способны ли вы на решение тех стратегических задач, решение которых потребуется в конкретном амбициозном проекте. Вы должны быть честны перед самим собой и понимать — как ваш предыдущий опыт соответствует задачам и целям проекта и что вы можете сделать, чтобы добиться успеха. Вам нужно прежде всего понимание и одобрение со стороны ваших коллег, ученых, с которыми вам предстоит работать, а НЕ только убедить начальство, в том, что вы достойны быть руководителем. Вы должны всегда находить время чтобы «слышать» людей — остерегайтесь всегда занятого руководителя. Как говорится в известной фразе: «В то время как менеджмент обеспокоен тем, чтобы все решения были правильными, лидерство заботится о том, чтобы принимать правильные решения. («If management is concerned with doing things right, leadership is concerned with doing the right things»).
Физика элементарных частиц вступает в новую эру. В то время как масштаб и стоимость новых глобальных проектов после LHC увеличивается (что также характерно и для других областей науки), сроки реализации новых коллайдеров становятся длиннее, меньше проектов может реализовано при неизменном финансировании. Более того, некоторые лаборатории в физики частиц (например, SLAC в Америке и DESY в Германии) становятся многоотраслевыми. Коллайдеры нового поколения — это все многомиллиардные проекты, которые требуют ещё более тесного сотрудничестве и координации в глобальном масштабе. Эпоха гарантированных открытий в физике элементарных частиц закончилась после обнаружения бозона Хиггса. Вы больше не можете прийти к правительствам и сказать: «Дайте нам 10-20 миллиардов, и мы соорудим новую установку, и что-то, может быть, откроем». Такое могло быть возможно раньше, но эти времена прошли. Сейчас вы должны иметь четкую цель и представлять диапазон энергий частиц для будущего коллайдера. Вы изменяетесь из человека, у которого была одна только физика, в человека, который задумывается над всем этим широким спектром вопросов. Для нашей научной области в целом очень важно поддерживать лаборатории физики элементарных частиц и крупномасшабную инфраструктуру для развития ускорителей на все континентах — в Европе, Америке и Азии; именно поэтому проект ILC в Японии так важен на сегодняшний день. Наша культура и структура управления глобальными проектами должна развиваться, чтобы отвечать этим вызовам нынешнего времени.
— В Вашем рассказе, Максим, общество, занятое в физике высоких энергий, выглядит невероятно красиво. Это практически «Утопия» Томаса Мора и «Город Солнца» Томмазо Кампанеллы. Но я ума не приложу, как может между учеными столь высокого «полета» не возникать конкуренции! Ведь наверняка каждый считает себя самым знающим и ревностно относится к успехам других?
— Думаю, что работая в больших коллаборациях, в какой-то момент ты понимаешь, что даже если ты хорош в исследованиях, есть другие, которые лучше тебя. Ты по-прежнему активно участвуешь в жизни коллаборации, разработке детекторов и новых технологий, но уже не можешь, как при написании кандидатской диссертации, заниматься обработкой физических данных 24/7 — у тебя появляется много других задач и обязанностей в науке. Кроме того, на меня производят сильное впечатление люди, с которыми мне доводится встречатся в CERN, особенно молодые ученые и инженеры из многих стран, которые там работают. CERN дает многим из них возможность раскрывать свой потенциал еще до того, как они достигнут передовых рубежей науки. Мне интересно работать с людьми, я знаю, как их мотивировать и показать им путь вперед; это одна из составляющих науки.
Здесь стоит привести пример совместной работы в глобальных научных проектах. 4 июля 2012 года, две коллаборации в CERN (ATLAS и CMS) объявили о наблюдении новой частицы, соответствующей бозону Хиггса, или «Частицы Бога» как её окрестили масс-медиа. Она важна для фундаментального понимания Вселенной, поскольку обьясняет, почему материя имеет массу. Каждый из экспериментов, ATLAS и CMS, состоит из ~3000 физиков, инженеров и технического персонала из ~100 стран и ~200 институтов со всего мира; из них порядка 300-400 профессоров («full professors») — руководителей направлений, за которыми стоят достаточно большие группы. Представьте себе, что они должны работать вместе, имея одну глобальную цель на уровне эксперимента, хоть и разбитую на множество разных подцелей — над реализацией которых работают десятки, иногда сотни, команд из разных институтов. И это не просто команда из Института А из Индии, команда из института Б из Франции, это всё смешанные группы, из разных культур, разных стран, которые учатся решать задачи вместе. И у каждого профессора – своё направление, свои идеи, и всем им надо сработаться вместе; здесь не приживётся командный стиль с указаниями вроде «ты делаешь то, ты другое». Поэтому, эксперимент управляется на основе консенсуса среди физиков, движимого как общими интересами, так и глобальной целью — это то, что мы называем горизонтальная структура управления. Здесь можно только договариваться: «я сделаю это, а у тебя больше знаний и компетенций в другом вопросе». Каждый институт приходит со своими финансовыми и человеческими ресурсами, но дальше эта система должна работать в горизонтальной плоскости, потому что спустив «приказание» сверху, вы ничего не получите. Конечно, человеческие «эго» в CERN сталкиваются. Например, между ATLAS и CMS шла ожесточенная конкуренция за то, чтобы первыми открыть бозон Хиггса. Но лидеры коллабораций стараются избегать тратить энергию на попытки все контролировать; вместо этого они сосредотачиваются на создании благоприятной атмосферы для сотрудничества. Человеческое эго и стремления — движущие силы инженерных решений. Умение совместно работать и взаимопонимание — вот чему можно научиться в CERN.
— Это то, что в бизнесе сейчас называют «бирюзовыми» организациями!
— В некотором смысле, да, но не совсем. Часто оказываясь в самолетах рядом с различными CEO из бизнес-сектора, пытаюсь им донести модель коллабораций CERN: вы управляете более чем 3000 учеными из 100 стран мира — со своими языками, культурой, традициями и опытом — в рамках приблизительно 30-летнего сотрудничества для создания самого сложного инженерно-технологического комплекса из когда-либо построенных человечеством. Например, взять эксперимент CMS: детектор содержит 140 млн каналов данных, каждый из которых считываются 40 млн раз в секунду. Но никаких генеральных директоров или президентов — нет. Угловых офисов, «на задворках», нет – фактически, главное здание у коллабораций ATLAS и CMS цилиндрическое, и все офисы одинакового размера. (На обложке интервью — фото сотрудников внутри украшенного работой Михаэля Хоха здания №40, о котором говорит Максим. — Д.Т.). Символично, что руководитель каждого эксперимента называется «представитель» («spokesperson»), а «координатор ресурсов» в эксперименте («resource coordinator») отслеживает распределение денег и людей в рамках коллаборации. Отзывы были кардинально различные: от «Это работать никогда не будет» – до «Я никогда в жизни не сталкивался с таким уровнем многозадачности, которая присутствует в ваших проектах и коллаборациях».
Чтобы способствовать объединению сил для реализации и эксплуатации эксперимента, лидеры больших коллабораций (таких как ATLAS и CMS), постоянно проводят интенсивные, постоянные и прозрачные обсуждения. Оцениваются разные точки зрения, и решения принимаются с участием всех заинтересованных. Как это происходит? С недельными мини-конференциями, проводимыми для всех 3000 участников эксперимента четыре-пять раз в год; тысячами меньших еженедельных встреч, для обсуждения новостей, проблем и планов, которые не являются обязательными, и онлайн-системы («Indico»), которая позволяет в любой момент смотреть любые презентации удаленно. Почти все собрания открыты для любого участника коллаборации (который может присутствовать лично или посредством видеоконференции), включая обсуждение любых серьезных изменений в стратегии — эта культура побуждает ученых работать на общую цель на уровне эксперимента. Например, две статьи, объявляющие об открытии бозона Хиггса, были подписаны как «Эксперимент ATLAS» и «Эксперимент CMS». В каждой из них, в онлайн-приложении в алфавитном порядке перечислялись все ~3000 соавторов — официальные члены коллаборации, включая всех, кто участвовал в любой части проектирования, создания, эксплуатации или анализа данных эксперимента. Эти публикации отражают установленное правило, согласно которому любые результаты принадлежат коллаборации.
Для корпоративного руководителя это может показаться излишним, но такие вложения устраняют фундаментальные проблемы, которые могут возникнуть позже. Как и в случае с руководителями в бизнес структурах, руководителям научных коллабораций необходимо обладать определенными знаниями в области организационного управления и процессов стратегического лидерства. Но бизнес фокусируется, прежде всего, на конкуренции в отдельных отраслях промышленности, а не на доконкурентном мире фундаментальных исследований и R&D (« Research & Development » — научные исследования и опытно-конструкторские разработки). Поэтому, модели бизнес-образования зачастую неприменены напрямую к науке, и к большим международным коллаборациям, где каждый с самого начала чувствует ответственность за результат. Поэтому в CERN, масштаб не только в Большом адронном коллайдере и технологиях, а во всех кирпичиках системы (от работников столовой до высшего руководства), которые составляют такую уникальную «экосистему» CERN и делает возможными выдающиеся результаты и открытия.
— Какое влияние оказал на эту «экосистему» COVID?
Карантин однозначно оказал влияние, но не с точки зрения графиков, которые задержаны, но не настолько сильно. Влияние ощущается большей частью именно потому, что физика элементарных частиц имеет уникальную культуру коммуникаций, в которой личное общение имеет очень большое значение, и люди постоянно встречаются на больших и малых «неформальных дискуссиях» («meetings») и обмениваются информацией. Возникает сложная проблема или интересная идея – один ученый говорит другому: пошли попьем кофе, обсудим, каким образом это можно решить. Не с начальником встречу, а именно на живом уровне. Вы начинаете обсуждение технических деталей на основании вашего интереса и мотиваций что-то улучшить, что-то лучше померить, какой-то новый прибор создать. И потом эти живые контакты собираются в результат – вы принимаете в первом приближении проект, концепцию, продуманную для технической реализации. Только тогда вы идёте к начальнику с просьбой одобрить проект, или оказать ему финансовую поддержку. В этой системе очень важно, чтобы эти два подхода – «снизу-вверх» («bottom-up») и «сверху-вниз» («top-down») были синхронизованы, в пространстве и времени … Поэтому ученые в CERN — это во многом «самоорганизующаяся система», которая в первую очередь рассчитана не на вертикальное управление, а на самореализацию ученых. COVID существенно усложнил эту модель. Да, мы сидим занимаемся своими задачами дистанционно, но заменить неформальное человеческос общение встречами по Зуму («Zoom») невозможно. Если это продолжится год-два, то система CERN может это переждать и быстро восстановиться, но если это станет правилом на каждый день, тогда, конечно же, будут очень существенные изменения.
CERN сегодня не закрыт. Но если раньше его в среднем посещало 7-10 тысяч ученых каждый день, то теперь приходит порядка 2-3 тысяч. Еще хорошо совпало, что сейчас ускоритель (и детекторы) закрыт на модернизацию, и набор физических данных не происходит. Поэтому присутствует только тот персонал, который необходим для критически-важных областей функционирования лаборатории, ускорителя и экспериментов; все остальные работают дистанционно. Запуск БАК состоится в феврале 2022 года, с 6-9 месяцами задержки. Страдает, повторюсь, не это, а та атмосфера, которая была вокруг; персональное общение в нашей области незаменимо.
— Максим, в каком, по-Вашему, состоянии выйдет наука из пандемии?
— Это очень сложно предсказать. Многие, конечно, считают, что в худшем, потому что придется решать экономические и социальные проблемы, и неизвестно, насколько это затянется, и когда вернётся к более-менее нормальному состоянию. Но нельзя исключать того, что наука может получить дополнительный импульс в связи с COVID, и не только та область, которая связана с разработкой вакцин. Именно фундаментальные исследования — база, которая дала возможность относительно в короткий срок не только понять распространение новой коронавирусной инфекции, но и разработать эффективные методы диагностики, лечения и вакцинации. Кроме этого, особенно во времена экономических кризисов, нужно поддерживать фундаментальные исследования, потому что они позволяют поддерживать уровень образования, и таким образом смягчать кризис: если люди образованны, если вы правильно используете современную науку и технологии, то кризис сглаживается. Вы не можете его полностью избежать, но Вы можете его смягчить, Чтобы преодолеть кризис быстрее или легче, экономике нужны новые возможности и новые идеи — сплошь и рядом, продукты фундаментальных научных исследований. Часто говорят, что нужно давать деньги на прикладные разработки, но если вы будете поддерживать только прикладную науку, то можете потерять основу для прикладных исследований, ведь самые большие открытия идут как раз от фундаментальных исследований. И это большая ошибка разделять прикладную и фундаментальную науки. Абсолютно важно сохранить их вместе, потому что на каком-то этапе вы превратите фундаментальные исследования в приложение для общества.
Во-вторых, до пандемии было достаточно хорошее время для путешествий по миру, туристическая область процветала, а сейчас непонятно, когда «status quo» может восстановиться, но точно не в ближайшие 3-4 года. Мир уже никогда не будет таким, как до COVID. Люди все больше начинают осознавать, что потребительский мир в том виде, в котором мы его знали до пандемии, может подойти к концу, и надо думать не о деньгах из сферы обслуживания, а рассматривать деньги как продукт технологий. Часть европейских стран, экономика которых была ориентирована, например, на туризм, сильно пострадали в нынешнем кризисе. Поэтому, некоторые из них уже стали адаптировать свою стратегию к вызовам времени и рассматривают возможность переориентации части пакетов экономической поддержки с туристической отрасли в научно-технологическую область. Эти правительства хорошо понимают, что технологическая составляющая для государства будет важна и в будущем: если вы хотите иметь сильную страну и сильное общество, вам нужны новейшие, современные технологии. И это может быть хорошей новостью для области физики элементарных частиц, где высокотехнологическая компонента (ускорители, детекторы, и вычислительные системы, такие как GRID и Cloud) очень велика. Роль глобальных научных лабораторий, таких как CERN – это открывать, изобретать, публиковать, делиться знаниями, умением и опытом… чтобы немного сблизить нации и объединить мир…
Продолжение следует…
Читайте также: Нестандартный подход. Как ученые из CERN нащупывали путь к новой физике