Публикуем вторую часть интервью с доктором физико-математических наук Максимом Титовым — представителем Комиссариата атомной энергии Франции (CEA Saclay), участником эксперимента CMS на Большом адронном коллайдере (LHC) и коллаборации RD51 в CERN, членом рабочей группы по разработке конституции Международного линейного коллайдера (ILC) в Японии. Помимо перечисленных званий, он также является «контактным представителем» Украины в ЦЕРН.
— Расскажите, пожалуйста, как Вам, ученым, удается убеждать правительства выделять бюджеты на исследования CERN и другие крупномасштабные научные проекты?
— Ключ, позволяющий открывать двери во многих государственных структурах, состоит в том, что передовая, фундаментальная и прикладная, наука опирается на современные технологии и образование. И ещё очень важно уметь сформулировать и донести идею научного проекта просто и понятно. Помню, как мы встречались во время подготовки 2016 IEEE NSS/MIC конференции с японскими парламентариями в Страсбурге после сессии Европарламента и проговорили с часу ночи до трех утра (другого времени у них не было). Этот симпозиум послужил международным форумом и своеобразной площадкой для обсуждения важности расширения научно-технологического сотрудничества в рамках будущих глобальных проектов между странами Европы, Америки и Японией. Международный Линейный коллайдер (ILC) был одной из центральных тем во время церемонии открытия конференции, куда были приглашены несколько японских и европейских политиков, директора международных научных лабораторий, а также представители государственных структур, отвечающих за финансирование крупномасштабных проектов в области физики частиц.
Но такие часовые встречи с официальными делегациями — это скорее редкость и исключение из правил. Научная дипломатия учит вас уметь рассказать идею за 2 минуты не для того, чтобы донести суть проекта, а для того, чтобы получить в следующий раз 5 минут, где сможете объяснить больше деталей — и тогда вы можете получить рандеву на 15 минут.
— Боюсь, что даже если всё детально объяснить — всё равно вас не поймут…
— И это тоже правда! Но на данных встречах, скорее, каждый раз вас оценивают, вы проходите своеобразный тест — и каждая встреча может оказаться последней, если вы его не прошли. Люди, которые находятся на руководящих позициях на государственном и политическом уровнях, образованные и неглупые, но мыслят не так, как физики, и не всегда аналитически. Но у них и задачи другие, а политики должны ещё и улавливать настроения электората. Например, в условиях нынешней пандемии правительства не всегда могут позволить себе принимать стратегические решения, а вынуждены следовать сиюминутным запросам общества. И когда мы жалуемся, что политики ничего не понимают в физике, мы должны отдавать себе отчет, что мы, физики, ничего не понимаем в политике и в процессе принятия государственных решений. Наука должна держаться подальше от политики, но наука должна заниматься политикой («Science should stay оut of politics, but science should address politics»).
Большая наука требует стратегического мышления и долгосрочного планирования. Например, концепция Большого адронного коллайдера (Large Hadron Collider — LHC) датируется 1983 годом, его строительство началось в 1996 году, мобилизовав тысячи физиков и инженеров со всего мира, а первый запуск произошел осенью 2008 года. И открытие бозона Хиггса в 2012 году произошло практически через 50 лет после его теоретического предсказания в 1964. Но весь этот беспрецедентный проект основан на не менее ошеломляющей статистике: более 100 миллионов высокотехнологичных устройств, от крупнейших промышленных объектов до мельчайших приспособлений, «мини-фабрики» по производству антивещества, криогенных установок, сверхпроводящих магнитов, собственной пожарной команды внутри CERN, сотни тысяч серверов и… единственного баллона с водородом, который используется для создания протонов для Большого Адронного коллайдера. Любой из сложных электронных механизмов чрезвычайно хрупок и может выйти из строя в любой момент или повести себя непредсказуемо.
— Даже если ты все просчитал и продумал?
— Вы никогда в CERN не можете что-либо точно прогнозировать — поэтому проблемы необходимо предвидеть и избегать в лучшем случае или быстро отслеживать и устранять в худшем. В этом и заключается сложность управления инфраструктурой такого глобального масштаба. Конкуренция, сотрудничество и этика – это основа эффективной работы исследовательского центрa. В CERN неудача — это ценная возможность поучиться, а не повод указывать пальцем…
Наука не знает границ, ей прежде всего необходимо открытое и прозрачное сотрудничество и свободный обмен информацией и научными знаниями. В эпоху глобальной науки международные научные исследования крайне необходимы, но они должны координироваться наряду с региональными и национальными вкладами и приоритетами.
В мире, где националистические движения растут, международное сотрудничество, подобное CERN, может оказаться под угрозой в будущем в пользу национальных проектов. Очень важно показать странам-участницам, что CERN не только здесь, в Женеве, а он во всём мире и для всех стран-участниц.
Одним из важнейших «компонентов коммуникации» являются визиты официальных государственных делегаций в CERN, во время которых они узнают об уникальной истории создания нескольких поколений ускорителей и воочию видят весь масштаб ускорителя LHC.
— Я слышала, что к работающему ускорителю никого постороннего не пускают?
— Да, это так, но в настоящее время он остановлен для модернизации, получившей название HL-LHC («High-Luminosity Large Hadron Collider»). В сентябре 2021 года его запустят в тестовом режиме на несколько недель, затем остановят чтобы закончить работы на всех четырёх основных детекторах LHC (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb) – и с марта 2022 года ускоритель будет запущен в работу на три года. А затем снова плановая модернизация, после которой он будет выведен на полную мощность в 2026-2027 году и станет в семь раз мощнее, чем на сегодняшний день. И за счет этого он сможет обеспечить ученым в десять раз большее количество данных, чем собирается сегодня за сопоставимые промежутки времени.
Несмотря на то, что исследования на LHC чрезвычайно сложны и с первого взгляда непонятны для публики, адронный коллайдер уже давно превратился из научного объекта в часть медийной культуры и вызывает ажиотаж вдохновляя людей всех социальных слоев и всех возрастов, от школьников до пенсионеров. Ежегодно около 100 000 человек попадает в CERN на экскурсии. В последние десятилетия лаборатория тратит значительные средства на популяризацию, образовательные программы и просто рассказ о том, какую роль играет CERN в научной и социальной европейской жизни.
Научное исследование — это еще выход на принципиально новые технологии. Особенно важно для проектов гигантского масштаба, таких как LHC, рассказать общественности, что это не вещь сама в себе, а реальная часть широкой кампании по исследованию природы. Стремление вовлечь как можно больше людей, сплотить вокруг LHC тех, кому интересна физика, было одной из причин, почему CERN стал придерживаться политики максимальной открытости внешнему миру.
— Максим, могли бы Вы рассказать нашим читателям, пожалуйста, что могут увидеть посетители во время экскурсии по CERN?
— Постоянно работают выставки в Глобусе науки и инноваций (The Globe of Science and Innovation), круглом деревянном здании, которое подсвечивается по вечерам и часто появляется на экранах телевизоров, и в Микрокосме (Microcosm), где можно увидеть первый ускоритель элементарных частиц, который помещается в кармане. Кроме этого, раз в четыре-пять лет CERN открывает свои двери для всех желающих — проводится День Открытых Дверей (CERN Opendays), своеобразный «отчет перед налогоплательщиками». Это уникальная возможность вживую пообщаться с первооткрывателями Той-Самой-Частицы-Бога, познакомиться с музеем первого ускорителя CERN — Синхроциклотрон (Synchrocyclotron), который вступил в строй в 1957 году, посетить крупнейший вычислительный центр мира и центр управления Большим aдронным коллайдером и даже послушать выступление музыкальных групп из CERN. Но самое главное – это визит на LHC.
Подземные помещения больших экспериментов ATLAS и CMS по зрелищности уверенно составляют конкуренцию Новоафонской пещере. Конечно, масштабы ускорителя и экспериментов поражают воображение.
Самый большой из детекторов занял бы половину парижского собора Нотр-Дам, а в самом тяжелом железа больше, чем в Эйфелевой башне — и все компоненты собраны вместе с микронной точностью! Когда вы размышляете о том, сколько мозгов и времени было потрачено на проектирование и строительство этих самых сложных и самых больших «микроскопов», когда-либо созданных человечеством, то понимаете, что это действительно «современные соборы» (и не потому, что кто-то поклоняется частице Бога).
— Вряд ли это можно представить или почувствовать, пока не увидишь собственными глазами…
— Я неоднократно сопровождал официальные делегации во время визита на LHC и своими глазами видел, как меняется выражение лиц по ходу экскурсии — даже объяснять ничего не надо! Глядя на кукурузное поле рядом со зданиями эксперимента CMS на идиллическом фоне горных массивов Юры и Альп, вы просто не можете себе представить, что это точка входа в Большой Адронный коллайдер. Тихие извилистые дороги через французскую деревню Сесси (Cessy) резко контрастируют с присутствием ускорителя элементарных частиц внизу, который каждую секунду сталкивает друг с другом миллиарды протонов. Конечно, сам LHC поражает воображение — это чудо инженерной мысли. По кольцу длиной 27-км на глубине 100 метров циркулируют протоны, а ловят образовавшиеся осколки — четыре огромных детектора. Два из них (ATLAS и CMS) занимаются Хиггсом и поиском доселе неизвестных частиц микромира, третий (LHCb) — антивеществом, а четвертый (ALICE) — кварк-глюонной плазмой (именно в таком состоянии была Вселенная в первые микросекунды после рождения).
CERN дал безумный толчок процветанию близлежащего региона Auvergne-Rhône-Alpes во Франции. Когда-то это были самые бедные земли, теперь вокруг офисы мировых лидеров в области высоких технологий, расцвела наукоёмкая промышленность, а уровень жизни местного населения намного выше среднего по стране (да и Женева совсем рядом, рукой подать).
И вот вы непосредственно перед входом — путь лежит через центр управления экспериментом CMS (CMS Control Room), где вам выдают оранжевые каски для подземного путешествия (на всякий случай!) и ведут к лифту. CMS расшифровывается как «Compact Muon Solenoid» и является детектором частиц длиной 21 метр, диаметром 15 метров и весом 12500 тонн; в коллаборации представлены более 40 стран и более 3000 ученых. Спуститься вниз к эксперименту CMS, в частности, можно благодаря семилетним раскопкам почти 250 000 кубометров грунта и камня, в ходе которых была обнаружена древняя римская вилла. В этом районе римляне сражались с галлами в третьем веке до нашей эры. Позже, между 50 и 45 годами до нашей эры, Юлий Цезарь основал римскую колонию недалеко от нынешнего города Сен-Жени-Пуйи (Saint-Genis-Pouilly), границы которого охватывают часть нынешнего CERN. Теперь здесь на поверхности, в деревни Сесси — инфраструктурный комплекс CMS, а внизу находится уникальный детектор частиц.
Когда вы спускаетесь в лифте на 27 этажей ниже поверхности Земли, вас инструктируют: «Если вы услышите сигналы тревоги — это не тест, и вы должны бежать к самому безопасному месту под землей – лифту», что интуитивно противоречит вашему здравому смыслу. Дело в том, что лифт изолирован на случай пожара, внутри него поддерживается давление выше атмосферного и у него автономная система питания. Так что лифт это единственный способ спастись от пожара.
И вот вы внизу. Двери открываются, и в комнату врывается жужжание вентиляторов, охлаждающих неизмеримое количество электроники. Самая большая опасность во время экскурсии — это споткнуться; необходимо постоянно смотреть под ноги. Кстати, под землей в CERN великолепно работает вай-фай. Сначала вы проходите через череду помещений, наполненных самыми разными приборами и конструкциями, комнатами с бесконечными разноцветными кабелями, а потом уже подходите к ускорителю.
Вблизи на Большой адронный коллайдер можно посмотреть только пару раз в год, когда его останавливают. И попасть к нему не так просто — даже сотрудникам, у каждого есть доступ к ограниченному количеству оборудования. Во-первых, тебе надо пройти соответствующие дополнительные курсы, во-вторых, у тебя должен быть специальный аппарат для измерения уровня радиации, в который также встроен бейдж для доступа к установке, и в-третьих, он не будет работать, если не просканировать сетчатку глаза и если она не совпадет с той, что зарегистрирована в вашем профиле сотрудника CERN.
Делегации проходят вдоль ускорителя, они видят несколько из 1230 суперпроводящих магнитов 15-метровой длины. Он очень красивый, огромный… он завораживает. Особенно потому, что можно лишь приблизительно представить, что делают все эти панели и провода – но слышав много о коллайдере, вы неизбежно наделяете его в своем восприятии каким-то «человеческим характером»…
Когда коллайдер остановлен, это как самолеты, когда они на земле. Вы теряете время и вы теряете деньги — и поэтому стараетесь минимизировать время, когда он не работает.
Внутри тоннеля, вдоль Большого адронного коллайдера, ездить можно только на малогабаритной технике и на велосипеде; жалко инженеров, которым приходится объезжать 27-километровый туннель на транспортном средстве, которое развивает скорость всего 3 км в час.
Но, конечно, больше всего потрясает детектор в раскрытом виде — когда разведены части CMS и видна его внутренняя структура. Чисто визуальное впечатление мы сопровождаем информацией, давая самые общие сведения. Например, о том, что CMS детектор содержит 140 млн каналов данных, каждый из которых считывается 40 млн раз в секунду. Или что энергия пучка заряженных частиц в LHC достаточна чтобы расплавить 5 тонн золота. Но в основном экскурсия связана со зрительным восприятием: правительственные делегации не столько реагируют на цифры, как на то, что видят перед собой. Масштаб играет роль!
— И тем не менее, после «тяжелой артиллерии» начинается бумажная переписка …
— Наука, или фундаментальные исследования, постоянно находятся под давлением необходимости предоставить что-то, что можно использовать для общества завтра, а для некоторых политиков даже лучше, если это будет сегодня. CERN — это прежде всего фундаментальные исследования, которые требует большого терпения и настойчивости и не могут проводиться без новейших, передовых технологий. Поэтому в долгосрочной стратегии для прогресса вам нужен эффективный цикл: из фундаментальной науки берут начало прикладные исследования и технологические «ноу-хау», которые, в свою очередь, предоставляют более мощные инструменты для фундаментальной науки.
Эта простая концепция должна стать мантрой для всех, кто определяют повестку дня в области науки и технологий. Если вы разорвете этот устойчивый цикл, вы начнете что-то терять.
Если вы не инвестируете в фундаментальные исследования, на каком-то этапе вы начнёте терять основу прикладных исследований. Эти два понятия тесно взаимосвязаны. Никто не может гарантировать, что в какой-то момент это закончится открытием — и уж точно не во время относительно короткого мандата политиков и государственных чиновников, принимающих решение о финансировании.
Конечно, вы тоже должны уметь не только говорить «моя наука, мой бозон Хиггса очень важен». Визави должны понимать, зачем это надо и какие потенциальные спин-оффы, инновации и новые продукты для развития технологий и общества в целом, возможны в вашем проекте. Повторюсь, умение донести в двух минутах идею, учитывая то, что у политика или министра огромное количество других задач – ключевой навык.
— Максим, понятно, что участие в CERN — это элитно, почетно, но, в конечном итоге, зачем Украина ежегодно платит в CERN миллион евро?
— Думаю, что ассоциированное членство Украины в CERN является важным этапом на пути интеграции Украины в европейские структуры. На сегодня число государств-членов CERN выросло с 12 (в 1954 году) до 23, 9 стран являются ассоциированными членами (в том числе Украина), 6 стран и международных организаций имеют статус наблюдателей (включая Европейский Союз и UNESCO), и ещё 35 стран имеют Соглашения о сотрудничестве с CERN («Co-operation Agreements»). Но по-настоящему глобальный масштаб лаборатория официально приобрела в 2010 году после того, как немецкий физик Рольф-Дитер Хойер — Генеральный Директор CERN с 2009 по 2015 год, предложил расширить границы CERN и инициировал поправки в конституцию — это позволило неевропейским государствам присоединяться к организации, и появился статус Ассоциированного члена, которым и воспользовалась Украина. Бюджет организации, 1,2 миллиарда швейцарских франков в год (это сопоставимо с бюджетом среднего по европейским меркам университета), используется для функционирования лаборатории и строительства новых ускорителей. Взнос каждой страны высчитывается на основании ее ВВП: 250 млн франков в год платит Германия, 160-170 млн франков Франция и Великобритания. Ассоциированные члены платят 10% от того, что платят страны-участники; при этом, вклад Украины — 1 млн в год — является минимально возможным среди стран-членов CERN. В международных экспериментах лаборатории принимает участие более 15000 ученых (CERN Users), из них 2500 сотрудников CERN (из которых всего несколько сотен физиков), более 2 000 подрядчиков, и около 10000 физиков и инженеров из более чем 600 университетов и институтов мира. Украинские ученые с начала строительства LHC принимали участие во многих исследованиях в сфере физики высоких энергий и изготовляли для ЦЕРН высокотехнологичное оборудование.
В рамках сотрудничества Малой академии наук (МАН) Украины и CERN, подписанного в 2011 году, 150 украинских педагогов и 100 одаренных школьников приняли участие в научных школах и образовательных программах CERN. В 2018 году Малой академией был инициирован проект «Наш друг — CERN», на базе которого в 2019 году начал работу Всеукраинский клуб почетных послов науки CERN в Украине. Главная цель этого проекта заключается в распространении в Украине знаний, полученных во время визитов в CERN педагогами, специалистами, учениками (теперь уже студентами) и исследователями. На сегодняшний день, в условиях пандемии, было проведено более 25 вебинаров. Тематика дистанционных, в условиях пандемии, мероприятий Клуба охватывает не только физику-астрономию-астрофизику, но также математику, естественные науки и предметы STEM-образования. Кроме этого, в ближайшем будущем планируется организация передвижной выставки CERN в Украине («CERN Accelerating Science and Interactive CERN Tunnel»), которая демонстрирует как работает LHC, в помещениях недавно открытого, в октябре 2020 года, Музея Науки в Украине.
Статус ассоциированного члена в CERN обеспечивает Украине право на возврат части взноса в виде участия в тендерах, а также на возможность украинцев работать по контракту, благодаря подписанному в 2013 году соглашению об ассоциации и его ратификации украинским парламентом в 2016 году.
К сожалению, ни один из украинских университетов не является официальным участником коллабораций на Большом адронном коллайдере, исторически, присутствуют здесь только институты Академии Наук.
Очень хочется надеяться, что будет оказана всесторонняя государственная поддержка, направленная на реализацию международного научно-технического сотрудничества между Украиной и CERN, как например, Проблемная Ключевая Лаборатория физики высоких энергий, образованная и существовавшая по инициативе Госинформнауки в 2013 году. Это одна из моделей, которая позволилa бы украинским ученым из университетов и институтов НАНУ принимать более активное участие в экспериментах CERN.
Начиная с 2016 года, украинская промышленность получила право участвовать в тендерах CERN, и такое участие уже является преимуществом, потому что в случае победы в тендере фирма сможет утверждать: она лучшая в своей области среди представителей многих стран.
Cтатус государства на международной арене определяется, кроме всего, уровнем развития его научно-технологической, инновационной и образовательной сфер. Страна должна заботиться о своих гражданах – это основное предназначение страны. CERN — это престиж, имидж и цивилизованность. Европа – это не только европейские зарплаты, но ещё и обязанности и ответственность.
— Понимаете, сбивает с толку трудность объяснить, чем занимается CERN, со стороны даже его сотрудников: «Ищем то – не знаем что…»
— Когда у вас все технологии есть и вам просто нужно финансирование чтобы построить задуманное, тогда это существенно меньше мотивирует — а точнее говоря, совершенно демотивирует — физиков. И к счастью, когда заходит речь о новых амбициозных ускорителях, такого не происходит. Многомиллиардная стоимость будущих коллайдеров обуславливается тем, что они не строятся как «паззлы» из уже готовых комплектующих и, чаще всего, не ориентируются на уже существующие технологии. В умах физиков рождается совершенно уникальный научный проект (например, новый коллайдер), и вы понимаете, что у вас технологий нет, денег нет, но есть амбиции и интерес, и вы просите правительства стран о финансировании этого нового ускорительного комплекса, реализация которого сопряжена с «высоким риском и потенциально высокой отдачей» (high-risk/high-gain project).
Если государства выделяют физикам финансовые ресурсы, то научные институты идут в высокотехнологичную индустрию и говорят: «Давайте совместно разработаем новые магниты, резонаторы или другие новейшие компоненты для ускорителей». Выясняется, что компании такого построить на сегодняшний день не могут, причем они никогда бы в принципе не инвестировали коммерческие средства в такие разработки – но получив заказы от физиков, начинают экспериментировать. Именно поэтому строительство будущих коллайдеров с рекордными параметрами и энергиями начинается с десятилетий (!) инженерных поисков. В случае успеха, физики получают новый ускоритель, а компании – ноу-хау (know-how), которые остаются в их портфолио для прикладных задач. Как, например, компактные и маломощные, по сравнению с LHC, ускорители (в мире их сейчас уже более 30 тысяч), стоимость и доступность которых определяют их спектр применений отнюдь не в фундаментальной науке. Они используются для производства радионуклидов и радиофармацевтических препаратов, исследования материалов, ионной имплантации, генерации нейтронов, литографии, приложений в полупроводниковой промышленности, утилизации ядерных отходов, стерилизации зерна, очистки воды, а также применяются в хирургии, энергетике, металлургии и нефтегазовой промышленности. Коммерческий рынок прикладных ускорителей (сами установки и продукция обработанная на пучках частиц), который стал возможным исключительно благодаря физике частиц и ядерной физике, сегодня оценивается в полтриллиона долларов; при стоимости LHC порядка 10 миллиардов. Таким образом, благодаря амбициозным задачам, которые ставит физика высоких энергий, вы получаете технологические spin-off’ы, о которых раньше не мечтали!
В последние десятилетия в мире наблюдается определённая тенденция к научной апатии (особенно среди молодёжи) и увеличению расстояния между наукой и обществом, из-за которой последнее не обладает всей необходимой информацией для принятия научно обоснованных решений.
— Нередко то, чем реально занимаются ученые, лишь в определенной степени отражается в общественном представлении о том, что такое наука. При этом образ науки, создаваемый независимыми деятелями – например, писателями-фантастами, СМИ и «псевдо-учёными» может определять дух времени и формировать общественное мнение — то, как люди воспринимают науку.
— CERN имеет свой собственный опыт осмысления этого феномена. В романе «Ангелы и Демоны» Дэна Брауна (2000), CERN играет роль организации, у которой украли антивещество с целью уничтожения Ватикана, и люди начали связываться с физиками из CERN и задавать вопросы. А при запуске LHC в 2008 году мир был в состоянии паники и даже были поданы судебные иски, например, в Федеральный окружной суд в Гонолулу, Гавайи, и в Европейский суд по правам человека, в которых истцы требовали наложить судебный запрет на запуск Большого Адронного Коллайдера тем или иным способом.
Мотивация заключалась в том, что LHC непреднамеренно создаст опасную форму материи, например, микроскопическую черную дыру, которая уничтожит сначала сам коллайдер, потом Женеву с Альпами, дальше планету Земля и, наконец, всю Вселенную. Сама идея стала «вирусной» в социальных сетях, были сняты фильмы о конце света, а также широко освещалась в СМИ, многие из которых удобно оставили в стороне этические принципы профессиональной журналистики, обсуждая комические возможности этой истории. К сожалению, наука десятилетиями создавала «правила езды в незнаемое», и многие люди не смогли распознать обратную сторону этой медали. Это было бы смешно, если бы не было так грустно.
Такие «медийные эпизоды», как бомба из антивещества или судебный процесс, показывают, что публичный образ таких глобальных научных лабораторий, как CERN, может лишь частично быть основан на реальных исследованиях и деятельности организации. В нынешнем мире, социальные сети и СМИ легко могут повлиять на то, куда идет финансирование, сосредоточив внимание на одних областях научных исследований, а не на других. Конечно, это улица с двусторонним движением, поскольку ученые также пытаются использовать СМИ в своих интересах. Таким образом, происходит постоянное взаимодействие между наукой и обществом, и по мере того, как потребности науки в государственных расходах на крупномасштабные (миллиардные) научные проекты увеличиваются и оказываются в центре внимания, это взаимодействие становится всё более важным — для обеих сторон.
От медицинской визуализации, генной инженерии и вакцины от COVID до Интернета и iPhone, современный мир коренным образом изменился под влиянием физики. Тем не менее, мы живем в обществе, в значительной степени зависящем от науки и технологий, в котором почти никто ничего не знает о науке и технологиях.
Обычно ЛПРы — лица, принимающие решения — сомневаются в целесообразности инвестирования государственных денег во что-то, от чего они и, возможно, даже следующие пять правительств в будущем, почти наверняка не получат финансовой отдачи.
С точки зрения стратегии, задача таких глобальных лабораторий, как CERN — максимально увеличить положительное влияние технологий на общество в мировом масштабе, а не создать научный продукт для дальнейшей коммерциализации. В большинстве случаев фундаментальные открытия со временем находят практическое применение. Просто вы никогда не можете предсказать, когда и даже где это произойдет.
Например, мы не можем представить себе сегодня практическое применение бозона Хиггса. Но точно так же более 90 лет назад, когда физик Поль Дирак использовал простое уравнение, чтобы постулировать существование антивещества — так страшно описанного в романе Дэна Брауна в «Ангелы и Демоны» — он и представить себе не мог, что его теоретическая концепция через полвека найдет применение в… больницах. Сегодня позитронно-эмиссионная томография (PET, Positron-Emission Tomography) — это испытанная процедура, в которой используется антивещество — «позитроны» (частица с той же массой, но противоположным зарядом по отношению к электрону) для создания поперечного изображения человеческого тела и диагностики онкологии.
Отвечая на потребности медицины, ученые CERN адаптировали технологии физики элементарных частиц (кристаллы, электронику), для разработки приборов, которые обьединяют изображение PET и магнитно-резонансной томографии («тест два-в-одном») и позволяют поднять планку методов медицинской визуализации («medical imaging») на качественно новый уровень.
Или возьмем Всемирную паутину (WWW), первый сайт которой (http://info.cern.ch/hypertext/WWW/TheProject.html — вы можете себе это представить, такое название может исходить только от физика), заработал в начале 1990-х именно в CERN. Ученым, работавшим вместе из разных стран, нужна была удобная, надёжная и оперативная платформа, для обмена информацией на расстоянии. В исследовании 2011 года вклад всемирной паутины в экономики стран был оценен на уровне 2,9% мирового ВВП, что составило 1670 млрд долларов США.
Распределённые грид-вычисления (GRID) и облачное хранилище информации (Cloud Storage) тоже были применены CERN одними из первых и тоже исключительно для решения непреодолимых препятствий в физике частиц!
Эти примеры показывают, что научный прогресс порождает прорывные инновации, и в качестве инструментов вы получаете что-то с существенной отдачей для всего общества (как, например Интернет) и что-то для самих исследований и для развития современных технологий, как в случае с PET-сканированием. Основной посыл состоит, наверное, в том, что наука заслуживает стоять намного выше в политической и деловой повестке дня, чем она сегодня.
За последнее десятилетие (и первое – XXI века) мир стал свидетелем исторически значимых, революционных научных достижений в физике. Назову три, наиболее важных и наиболее значимых: открытие Святого Грааля физики элементарных частиц — бозона Хиггса (2012) на LHC; обнаружение детектором LIGO ряби в самой «ткани» пространства-времени — гравитационных волн (2015), когда они «омывали Землю», пройдя более миллиарда световых лет; получение первых прямых изображений чёрной дыры с помощью радиотелескопа Event Horizon Telescope – EHT (2019), подтверждающиx существование «горизонта событий», условной границы вокруг черной дыры, за которой внешнему наблюдателю ничего не доступно. Там очень интересная физика: при приближении к нeй перестают действовать законы физики, в них останавливается время, бесследно исчезают любая материя и свет. Однако исчезновение информации в черной дыре противоречит законам квантовой механики и учёные пытаются разобраться с этим парадоксом уже десятки лет.
В истории науки большинство фундаментальных естественно-научных открытий приводило нас к технологическим прорывам, практическое применение которых — лишь вопрос времени и фантазии тех, кто может заработать на этом деньги.
За минувший век благодаря прорывным исследованиям удалось разработать все современные электронные устройства (транзисторы, микрочипы, лазеры, светодиоды, цифровые фотокамеры, а вскоре, возможно, и квантовые компьютеры), а также методы получения изображений в медицине (рентген, ультразвук, спектроскопия, магнитный резонанс, позитронно-эмиссионная томография, электронные туннельные микроскопы).
Можно только удивляться сложности и прецезионной точности таких крупномасштабных инфраструктур, как LHC, LIGO, EHT, поскольку порядки величин, которые измеряются современными детекторами, человеческому глазу совершенно невидимы, и даже рассудком понимаемы мало.
Гравитационные волны – это еще одно свидетельство правильности теории относительности Эйнштейна, который собрал вместе пространство-время, и предсказал, что вблизи тяжелых массивных объектов, пространство искривляется, время замедляется. Не прошло и сто лет, как это свойство пространства-времени используется в GPS-приемниках; сегодня это уже не просто какая-то абстрактная математическая теория. Фундаментальное открытие гравитационных волн дает человечеству надежду на путешествия между звездами, и кто его знает, может быть, описанные фантастами путешествия сквозь черные дыры в другие Вселенные вполне возможны, хоть и являются перспективой очень далекого будущего.
Когда в 1897 году Томсон (Thomson) открыл электрон, он тоже не знал, что такое электроника, но представить современный мир без нее невозможно. Это кажется научной фантастикой, но, может быть, практическое значение открытия бозона Хиггса будет заключается в том, что появится «бозоника» и ученые, например, научатся на время «экранировать хиггсовское поле» и делать все элементарные частицы безмассовыми, что откроет перспективы разработки антигравитации.
Дело за малым: использовать новые открытия гравитационных волн, бозона Хиггса и иные достижения квантового микромира на благо человечества. Современная физика покоится на двух столпах: общей теории относительности и квантовой теории поля. Первая хорошо объясняет события в макромире (космология), вторая — служит концептуальной основой для Стандартной Модели (СМ) физики элементарных частиц, своего рода, современной «таблицей Менделеева» описывающей устройство микромира. Последняя дала возможность систематизировать фундаментальные строительные кирпичики материи, их взаимодействие и предсказывать новые частицы. Физикам достоверно известно, что эта теория неполна. В ней нет объяснения: темной материи, массам нейтрино, наблюдающегося во Вселенной преобладания материи над антиматерией.
Объединить все четыре фундаментальных взаимодействия в одно в момент рождения Вселенной и создать «общую теорию всего», на основе одной из теорий квантовой гравитации, физики пытаются не первый год. Гравитация стоит особняком, но есть теоретические предпосылки для существования элегантной и, вполне вероятно, правильной идеи Теории Великого Объединения (Grand Unified Theory — GUT), объясняющей единым образом электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия, когда Вселенной было 10-36 секунд от роду. С охлаждением Вселенной могли происходить процессы фазовых переходов, спонтанные нарушения симметрии, которые меняли природу пространства и способствовали расщеплению единого взаимодействия сначала на два — электрослабое и сильное, а потом уже на три: поле Хиггса, «пронизывающее» всю Вселенную, разделило электрослабое взаимодействие на слабое и электромагнитное. Те частицы, которые взаимодействуют с этим полем (переносчиками слабого взаимодействия – W,Z-бозоны, отвечающие за распад нейтрона в протон), испытывают сопротивление и, следовательно, проявляют себя уже как массивные частицы. Другие, которые не взаимодействуют с полем Хиггса (фотон — переносчик электромагнитного поля), остаются безмассовыми. Таким образом, сила слабого взаимодействия и электромагнитная сила начинают обладать разными свойствами, нарушая симметрию, которая объединяла их — в этом и состоит концепция Стандартной Модели. Эта удивительная модель, была подтверждена на LHC в CERN в 2012 году с открытием бозона Хиггса, что явилось полным её триумфом. Поэтому, можно утверждать, что спонтанное нарушение симметрии имело место во Вселенной по крайней мере один раз.
Бозон Хиггса – это часть истории нашего происхождения. Большой адронный коллайдер попытался воссоздать условия менее чем на миллионную долю секунды (10-9 s) после Большого взрыва, чтобы посмотреть, что происходило в первые мгновения и как развивалась Вселенная ? Бозон Хиггса является самой экзотической частицей в СМ, которая не является ни материей (как электрон или кварки из которых состоит протон), ни переносчиком взаимодействия (как фотон). Но он выполняет самую «важную и отвественную работу» — благодаря ему все элементарные частицы приобретают массу. Если бы не было поля Хиггса, значит не было бы никаких атомов, а следовательно и людей которые могли бы изучать его.
Сегодня мы знаем, что это один из бозонов Хиггса, который дополняет СМ. Но должно быть что-то вне Стандартной модели, например, суперсимметрия… Тогда этот бозон Хиггса должен иметь братьев или сестер. Однако открытый нами бозон Хиггса может выглядеть очень похожим на бозон Стандартной модели, и различия могут быть очень небольшими. Впереди нас ожидают десятки лет исследований этой уникальной частицы — нам требуется лишь запастись терпением.
— То, как Вы описали ЦЕРН – это такое идеальное общество утопии. Все у вас в CERN геометрически выстроено, все четко, все структурно налажено. Несет благо во всех отраслях. Самых непримиримых противников вы умудряетесь встраивать в работу над одним проектом.
Наука пронизывает практически все аспекты современной жизни: экономические, социальные, культурные или гуманитарные и является одним из немногих «универсальных языков дипломатии». Весь 2014 год был посвящён празднованию 60-летию со дня основания CERN и прошел под девизом «60 лет Науки на Службе Мира» (60 Years of Science for Peace). Мероприятия проходили не только в Женеве, но и в штаб-квартирах UNESCO в Париже и Организации Объединенных Наций в Нью-Йорке, и в странах-участниках организации, и преследовали основную цель: подчеркнуть роль науки в качестве двигателя прогресса и мира и важность свободного распространение научных знаний посредством образования.
Конечно, у разных стран может быть разное отношение к друг другу, но в течении всех этих лет CERN старался держаться как можно дальше от любых политических вопросов, потому что если ты включаешь в научную работу — политику, то уже проиграл. С самого основания в 1954 году, когда между Западом и Востоком было разделение, представители обеих сторон могли работать в вместе. CERN стал площадкой для первых встреч между учеными из Западной и Восточной Германии после падения Берлинской стены. В 1992 году Нобелевский лауреат Жорж Шарпак (Georges Charpak) предложил организовать серию конференций — «Конференция четырех морей» («Four Seas Conference»), когда многие ученые чувствовали необходимость выразить солидарность и поддержать интеллектуальные и культурные связи со своими коллегами из Юго-Восточной Европы. Первая конференция состоялась в Триесте, Италия в 1995 году, в ней приняли участие более 150 ученых. Кстати, все Балканские страны были представлены, несмотря на фактическое состояние войны между некоторыми из них!
Сама по себе наука не может принести мира; но она может принести понимание, терпение и умение услышать другую точку зрения. Ученые стараются работать как представители человечества, как нормальные люди, и взаимный интерес к физике и желание понять друг друга помогают найти общий язык, завязать не только тесное научное сотрудничество, но и крепкую дружба между учеными и даже их семьями. Здесь абсолютно неважно, работает ли индиец с пакистанцем, американец с иранцем, или израильтянин с представителем мусульманского мира. Это просто еще один аспект уникального духа, который существует здесь. У меня был интересный случай, когда один детектор делали совместно физики Индии и Пакистана. И вот инаугурация большого проекта, приехали официальные лица – а как сделать общее фото? И нашли выход — в центре встали физики из обеих стран, а далее по разные стороны, члены официальных делегаций. Совместная работа сближает людей и заставляет, пусть временно, отложить в сторону политические разногласия. Кроме этого, каждая страна поставляет в CERN свои новейшие «ноу-хау» (know-how), а часть современных технологий всегда являются продуктами двойного назначения. Но пользоваться ими в CERN и работать на этой инфраструктуре внутри лаборатории могут абсолютно все ученые. Мне кажется что здесь главное — в чувстве сопричастности к самому глобальному научному проекту, осуществляемому на планете. Сооружение Вавилонской башни человечество не потянуло, так как люди перестали понимать друг друга. Нынешние строители гигантской супермашины — Большого адронного коллайдера — научились находить общий язык. Язык науки !
CERN сегодня не просто ведёт научные и технологические разработки, а ещё и выстраивает мосты между разными государствами и нациями. При этом, дипломатия была и есть его краеугольной составляющей: используя CERN модель, недавно в Иордании был запущен крупный международный исследовательский центр на Ближнем Востоке — SESAME (Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East, «Синхротронный свет для экспериментальной науки и практического применения на Ближнем Востоке»), в котором участвуют как израильские, так и палестинские ученые.
Технологический и человеческий капитал, накопленный в CERN, может применяться далеко за пределами главной миссии, то есть изучения физики элементарных частиц. Люди прошедшие школу CERN могут быть востребованы не только научном, но также и в дипломатическом секторе страны. Такие проекты, как LHC, становятся центрами интеллектуального притяжения, они зажигают молодежь, через них, путем стажировок или образовательных визитов, проходят десятки тысяч человек в год. Они дают шанс студентам учиться в мультикультурной среде и передавать знания другим людям («Knowledge transfer through people»). И не только физикам! Также инженерам, информатикам, студентам-администраторам …
— От многих слышу, что подготовка ученого-физика доказывает свою эффективность и в управлении предприятиями…
Фундаментальная наука и научное образование — это долгосрочные социальные инвестиции: подобно автомобильным дорогам и железнодорожным путям, их следует рассматривать как часть базовой инфраструктуры, которая позволяет стабильно развиваться экономике. Как ученый, прошедший через обучение в Московском Физико-техническом Институте («систему физтеха») и 6 томов теоретической физики Ландау-Лифшица, я думаю что основное что дает наука — это аналитический аппарат — вы ничего не воспринимаете на веру и анализируете каждый бит полученной информации. Да, вам надо будет учиться в новой области, но вы получили такую школу, на базе которой существенно легче развиваться и перепрофилироваться. Поэтому многие ученые обладают необходимым потенциалом, чтобы стать универсальными «переводчиками», своеобразным мостом между академическим и бизнес-мирами.
Кандидатская степень по физике является положительным преимуществом для очень многих профессий, поскольку она учит вас, что «нет проблем, есть только решения».
Обучение в рамках экспериментов CERN уникально потому, что здесь аккумулируется интеллектуальный потенциал со всех стран мира, со всех континентов, и ищутся ответы на большие, изотеричекие вопросы.
Этот опыт существенно отличается от университетского, прежде всего в масштабах проектов, междисциплинарном характере работы и знакомстве с современными передовыми технологиями и детекторами. Здесь присутствуют бесконечные возможности для самообразования — всё в ваших руках! Представьте себе, средний возраст 15 тысяч ученых участвующих в экспериментах около 35 лет – как видите, это, несомненно, здоровая организация. Одновременно выполняется порядка 3 тысяч кандидатских диссертаций (PhD) по тематике исследований в CERN. Так как средняя продолжительность PhD-гранта в Европе 3-5 лет, ежегодно защищается около 600 диссертаций. CERN — это самая большая PhD-фабрика мира! При этом, CERN не имеет право присваивать кандидатскую степень; студенты, которые получают доступ к физическим данным, анализируют их и защищают диссертационные работы в университетах своих стран.
Дальнейший путь в физике частиц непростой: количество постоянных позиций в академическом и научном секторах очень ограничено. 5-10 лет после защиты диссертации вы не уверены в будущем, а если у вас семья, дети, постоянные перемещения из страны в страну вам не нужны. Поэтому в 70% случаев люди покидают науку из-за неопределенного и долгого пути к получению постоянной позиции и переходят в частный сектор – то есть возвращаются из науки «в жизнь». Например, большие компании часто имеют в своем составе научные подразделения, назовем это пред-опытное производство: R&D (Research and Development). Занимаетесь вы там похожими высокотехнологичными разработками, но получаете в 2 раза больше чем ученый. Это обеспечивает постоянный приток высококвалифицированных молодых людей с техническими и инженерными навыками и международным опытом для бизнеса, финансов, промышленности и других областей.
В 2019 году CERN провёл крупномасштабное исследование, которое показало что более половины исследователей с PhD степенью, покинувших физику частиц, работают в частном секторе, включая информационные технологии (35%), передовые инженерные разработки (20%), финансы и консалтинг (10%), занимая широкий круг должностей. Те, кто остались работать в государственном секторе, в основном вовлечены в академические круги или образование (30%).
Мне кажется, лучшее, что дает CERN — это адаптируемость и гибкость. Здесь вы решаете различные проблемы и динамично меняете свою сферу деятельности внутри проекта. После работы в научном мире вы знаете, что можете учиться, и не боитесь делать что-то новое, тренируете себя и лучше понимаете свои возможности.
Многие знания и навыки, приобретенные во время работы в CERN (коммуникативные навыки, международная дипломатия, тайм-менеджмент, командная работа, анализ больших данных и программирование, технические и цифровые технологии, управление проектами, логическое мышление) полезны для многих высококвалифицированных профессий, с прекрасными перспективами карьерного роста. Я бы говорил даже о необходимости продвигать STEM-образование с помощью политики, чтобы создавать новые возможности и потенциал для решения задач будущего.
— Кстати о задачах будущего. Максим, а сколько еще коллайдеров может быть построено в мире? Есть ли стратегия развития физики элементарных частиц на следующие лет 50? Куда двигаться коллайдерной физике далее?
— Эпоха гарантированных открытий в физике элементарных частиц пока что закончилась, а эпоха «Новой физики» еще не наступила. У LHC была четкая цель, и был «известен» по крайней мере один результат (так называемая «No-Lose Theorem»), который должен был навсегда изменить наши представления о физике: или коллайдер обнаружит бозон Хиггса, или «Новую физику» (то есть другие частицы за рамками СМ, Стандартной Модели). Кроме этого, были мотивированные теоретические предпосылки предполагать появление гипотетических частиц, предсказанных в рамках Теории Великого Обьединения (например, суперсимметричных) в диапазоне масс, который Большой адронный коллайдер мог бы исследовать. Физики потирали руки в предвкушении фейерверка открытий и думали, что LHC даст ответы на многие вопросы или «нащупает» направление будущих поисков. Но на сегодняшний день открыт только хиггсовский бозон, и все его измеренные свойства согласуются со стандартным бозоном Хиггса.
Экспериментаторы стараются найти что-то, что противоречило бы СМ: тщательно изучаются распады B-мезонов — ведь именно в них пока обнаружены серьезные намеки на существование новых частиц или фундаментальных сил, в виде нарушения лептонной универсальности. Tеоретики придумывают новые перспективные модели « Новой физики », в рамках которых можно объяснить эти отклонения: новые тяжелые векторные мезоны, лептокварки, заряженные бозоны Хиггса, … Но пока всё тщетно. Ни Суперсимметрии, ни каких-либо иных достоверных отклонений пока не обнаружено. Мне кажется, что СM многое описывает, но не объясняет. Слишком много параметров введено вручную. Складывается впечатление, что перед нами — осколки какой-то более симметричной, красиво настроенной, глубокой и простой теории — «Новой физики»! Поэтому я делаю различия между объяснением и описанием. Эта модель – фантастика. Но вне Стандартной модели – еще большая фантастика!
Поиски «Новой физики» за пределами CM и станут главной задачей физики элементарных частиц в ближайшие десятилетия. Неизвестно, какого порядка энергии для этого нужны и в каких процессах проявится новая грань нашего мира — поэтому неясно, какие ускорители надо строить — в три, в пять, или сто раз мощнее, чем LHC, или и это будет бесполезно? Потрясающая ситуация: все понимают, что должны быть новые физические явления, но никто не знает, какие именно. Конечно, LHC проработает еще долго, примерно до 2038 года, и вполне возможно, что при повышении «светимости» (и, соотвественно, статистики) всё же найдет какое-то проявление «Новой физики», но скорее всего оно будет небольшим.
— Так какой следующий коллайдер следует строить?
— Именно этот вопрос и стал главным мотивом запустить широкую кампанию по выработке европейских (а фактически — глобальных) приоритетов в развитии физики частиц на 2020–2026 годы: European Strategy for Particle Physics Update (ESPPU). При этом, семилетний период не должен смущать: план на ближайшие годы становится осмысленным только в глобальной перспективе развития физики частиц на ближайшие лет 50.
Кроме продолжения работы LHC до 2038 года, главный приоритет на будущее сформулирован максимально конкретно: создание электрон-позитронного коллайдера, или «Фабрики Хиггса», для сверхточного измерения характеристик бозона Хиггса, отвечающего за происхождение массы других фундаментальных частиц. Он также может действовать как портал, соединяющий наш мир обычной материи со скрытым сектором частиц, выходящим за рамки CM, поскольку эта теория не учитывает темную материю («Dark Matter»), которая составляет 85% всего вещества во Вселенной.
В случае изучения бозона Хиггса на LHC и на будущей электрон-позитронной «Фабрике Хиггса», взаимодополняемость, комплиментарность установок и взгляд на одну и ту же картину под разными углами – вот что имеет значение. Можно провести аналогию с голографией: у вас есть два разных угла, две разные плоскости, и в итоге из двумерной картины вы получаете трёхмерную, более полную.
4 конкурирующих проекта «Фабрики Хиггса» находятся сегодня на рассмотрении: Международный Линейный Коллайдер (ILC) в Японии, Компактный Линейный коллаидер (CLIC) в CERN и два круговых варианта с подземным туннелем протяженностью 100-км (в четыре раза длиннее LHC): будущий круговой коллайдер (Future Circular Collider — FCC-ee) в CERN и проект CEPC (Circular Electron-Positron Collider) в Китае. Стоимость этих проектов варьируется от 5 до 10 миллиардов долларов, в зависимости от энергии ускорителя и необходимой инфраструктуры. Кроме того, в отличие от круговых ускорителей, у линейного коллайдера всегда есть возможность увеличить энергию сталкивающихся частиц, просто удлинив его протяжённость.
Среди главных приоритетов, но в более далекой перспективе, также упоминается новый протон-протонный коллайдер (FCC-hh) в CERN: после того, как проект FCC-ee завершится, тот же 100-км туннель может быть использован для адронного коллайдера на 100 ТэВ (с энергией в 7 раз больше LHC). Это очень амбициозный проект с технологической точки зрения,eго стоимость превышает 20 миллиардов долларов, и прежде, чем CERN сможет приступить к созданию супер-коллайдера, ему придется искать новое финансирование помимо обычного бюджета, который он получает от государств-членов. Список ESPPU приоритетов также подчеркивает важность разработки инновационных ускорительных технологий, включая сверхпроводящие магниты с полем 16–20 Тл на базе высокотемпературных сверхпроводников («HTS») и высокочастотные резонаторы новых типов с градиентами электрического поля 60–90 МВ/м, а также развития мюонных коллайдеров и компактных ускорителей плазмы с высоким градиентом, которые возбуждаются либо лазерами, либо пучками частиц.
Вещи невозможны, пока они не станут реальностью — в прекрасное время мы живём!
— Максим, расскажите, пожалуйста, подробнее о строительстве линейного коллайдера в Японии, чем он будет отличаться от CERN?
— Среди четырех «Фабрик Хиггса» ILC является наиболее продвинутым с точки зрения готовности технологий, комплексной оценки стоимости проекта и уровня международного сотрудничества, и вопрос о начале строительства уже давно перешел из научно-технической плоскости в дипломатическую. Все упирается лишь в готовность правительств стран-участников — и прежде всего, Японии, на территории которой будет построен коллайдер, — вложить миллиарды долларов в его реализацию. Стоимость коллайдера в первой стадии будет порядка 5-6 млрд долларов, из них 2,5 млрд — это стоимость локальной инфраструктуры, и инженерные работы – то, что должно финансироваться Японией. А высокотехнологичное оборудование и детали ускорителя будут произведены на трёх континентах — в Америке, Европе и Азии — и поставлены в Японию уже как международный вклад (high-tech in-kind contribution). Здесь переплетаются наука, технологии и дипломатия. На ежегодной международной конференции по линейным коллайдерам (LCWS2016) в городе Мориока, префектура Ивате — Honorary Takeo Каwamura, председатель многопартийной группы в парламенте Японии созданной для поддержки ILC, сказал: « Наука действительно является языком, который объединяет мир. В CERN приезжают многие ученые со всех уголков мира с политическими и идеологическими различиями. Тот факт, что они могут сотрудничать, является доказательством того, что наука может принести гармонию. Избранный президент г-н Трамп призывал к «Америка прежде всего» во время своей кампании. Сейчас для нас, в Японии, пора предложить нечто иное: «Наука превыше всего» — ILC станет его символом! » Такие проекты, как ILC, требуют обсуждения и одобрения на научном, государственном и политическом уровнях.
Сейчас ILC всесторонне обсуждается в министерстве культуры, спорта, науки и технологий («MEXT») совместно с другими министерствами. Большую и всестороннюю поддержку проекту уже выразили Соединенные Штаты Америки. Европейские страны с оптимизмом смотрят на перспективу получить «сигнал» из Японии, который будет способствовать началу переговоров о возможном финансировании проекта Францией, Германией и другими странами Евросоюза. Такие консультации всегда проводятся за закрытыми дверями. Идет очень тонкая дискуссия: вы чуть-чуть делаете положительный знак и расходитесь, полшажка вперед – это возможность для следующей дискуссии. Политические решения принимаются не с трибуны, а намеками, в полтона, дипломатически… Как обойти спорный вопрос, послать другой месседж… В политике так не бывает, что вы согласились, а потом отказались. Существует точка невозврата (как только правительство говорит: «Мы заинтересованы»), потому что если после этого дискуссии будут неуспешными, то Япония вынуждена будет заплатить все сама. Ведь главное – не потерять лицо. Поэтому она подходит очень аккуратно и ответственно к оценке своих возможностей и не готовa брать на себя многомиллиардные расходы по строительству коллайдера без гарантированного значительного финансового вклада со стороны США, Европы и других стран. Если официальные переговоры с международными партнерами (странами и лабораториями) вступят в серьёзную фазу в течении нескольких лет, то, с технологической точки зрения, «Фабрика Хиггса» может начать работу уже в 2035 году, и ILC вступит в строй раньше своих конкурентов. А если принятие решения затянется еще лет на 5, то шансы на поддержку со стороны международных партнеров существенно уменьшатся — чем дольше мы ждем, тем менее уникальной и ценной будет установка, с точки зрения глобальной стратегии развития физики частиц.
— Япония всегда была закрытой страной, ориентированной только на себя. Сложно ей будет принять у себя глобальный проект, как международный линейный коллайдер (ILC)?
— Безусловно. Япония активно участвовала и участвует во многих глобальных научных проектах, таких как Международная Космическая станция (ISS) и Международный экспериментальный термоядерный реактор (ITER), но еще никогда не была во главе такого крупномасштабного проекта как ILC, реализуемого на территории Японии. Но все когда-то надо начинать, ведь так? Кроме этого, японское правительство оценивает ILC с нескольких точек зрения, как, например, развития науки, высоких технологий и восстановления Севера страны после разрушительного цунами в 2011 году (прим. ILC коллайдер длиной ~ 30 км планируется в горах Китаками, примерно в 500 километрах к северу от Токио, в департаменте Тохоку (Tohoku), на границе префектур Ивате (Iwate) и Мияги (Miyagi). Новая лаборатория физики элементарных частиц ILC должна будет прежде всего эффективно взаимодействовать с CERN и служить основой для сотрудничества в индустриальном секторе и в сфере высоких технологий. Будет ли эта управляющая структура копией «модели СERN», станет ли она даже ее «филиалом» — этого мы не пока знаем. Совершенно ясно пока одно: это может быть только организация международного и даже глобального масштаба», своего рода «CERN-II».
Создание ILC лаборатории, практически с нуля, это сегодня ещё даже больший челлендж, чем создание CERN в 1954 году. Там все начиналось с маленьких экспериментов по 10-20 человек, а не с больших коллабораций ATLAS и CMS, которые стоят за открытием бозона Хиггса. В случае с ILC, необходимо будет заложить фундамент глобальной лаборатории, создать коллаборации в несколько тысяч человек для реализации детекторов, и построить ускоритель «на пустом месте» в стране, которая никогда не вела проектов такого масштаба. Поэтому, уровень сложности для начала совершенно иной, да и отношение к науке не такое, как в 1954 году – тогда, она играла существенно более весомую роль в обществе.
Сейчас планируется поэтапная реализация ILC проекта. В начале 2020 года Международный комитет по будущим ускорителям (ICFA) создал рабочую группу (« ILC International Development Team – IDT »), которая занимается разработкой организационной и управляющей структуры и рабочего плана для предварительной лаборатории («ILC Pre-Laboratory»). Мы подготовили документ (ILC Preparatory Laboratory Proposal), который был опубликован в открытом доступе для дальнейшего обсуждения 1 июня 2021 года. Следующим шагом планируется запуск «ILC Pre-Laboratory» в 2022 году, которая должна будет содействовать выполнению технических и инженерных работ и межправительственному диалогу. Создание ILC лаборатории планируется в 2026-2027 году, в случае успешного завершения переговоров между странами; в этом случае, первые столкновения на «Фабрике Хиггса» в Японии могут произойти в 2035 году.
Сегодня в Японии созданы несколько организаций которые оказывают всестороннюю поддержку ILC на федеральном и местном уровнях: многопартийная федерация депутатов Сейма (Multi-Party Federation of Diet Members for the ILC), координирующий совет правящей ЛДП партии (Liberal Democratic Party Coordination Council for Realization of the ILC), ассоциация высокотехнологических компаний в секторе развития ускорителей (Advanced Accelerator Association — AAA), центр развития проекта ILC в Tohoku (Tohoku ILC Project Development Center) и общественная организация «Сторонники ILC» (ILC Supporters), членами которой являются известные продюсеры и художники, которые организуют мероприятия посвященное коллайдеру ILC в Японии.
Кроме этого, сняты рекламные фильмы о достоинствах нового коллайдера, в которых утверждается что такое «чудо века» как ILC может быть построено только в Японии, стране — где теорию Большого взрыва и физику элементарных частиц преподают уже начиная с детского сада.
И это не шутка. Никто не оспаривает тот факт, что эта страна обладает гигантским научным потенциалом и всеми необходимыми технологиями.
— А еще Япония известна своим культом умиротворенности – у них это целая древняя наука, с идеально выверенными «садами камней» и тому подобными приспособлениями, очень, вероятно, важными для повседневной жизни ученого, отягощенной, как у Вас, постоянными перелетами и деловыми встречами…
— Вы совершенно правы. Часто на выходных, после напряжённых недель, возникает непреодолимое желание «убежать» от шума и суеты повседневной жизни, освободить голову от мыслей и погрузится в комфортную пустоту… скорее чувствовать, чем размышлять … Я был просто в восторге, когда после ежегодной конференции по линейным коллайдерам (LCWS2019) в Сендаи, удалось посетить резиденцию Киничи Огата «Огата Яма» (Ogata Yama). Эта галерея современного дизайна в природном ландшафте префектуры Мияги (Miyagi) по-настоящему завораживает. Осмотр стен похож на археологическую экспедицию, рассказывающую историю этого места. Она настолько уникальна, что почти не поддается описанию, напоминая, пещеру из бетона, дом в форме невысокого белого холма, ставший частью окружающей среды, или космический корабль, совершивший аварийную посадку в непроходимом лесу. Её структура разделена на две половины: с одной стороны — дом и выставочный зал, а с другой — кафе. В середине — круглый атриум, образованный вокруг одного высокого дерева. Скамейка выходит к горной реке, ожидая, когда вы придёте посидеть в одиночестве, попить чай, послушать звуки леса, или просто вздремнуть. Дизайнер Киничи Огата и его жена Аяко Огата потратили почти 10 лет чтобы создать такой «дом-галерею», после того как их место жительства на побережье Сендаи было полностью разрушено во время цунами 2011 года. Сейчас они занимаются архитектурным и графическим дизайном и создают художественную мебель. Обьяснить простыми словами концепцию этой резиденцию невозможно — все создано так чтобы вы могли почувствовать на инстинктивном уровне, чтобы это резонировало в вашем сердце, и чем можно было бы наслаждаться без объяснения причин. Такие визиты очень помогают зарядиться энергией природы и стимулируют для решения новых научных задач.
— Максим, разрешите последний вопрос сформулировать так: если очистить оптику взгляда от разных упомянутых Вами в ходе интервью контекстов, то, по гамбургскому счету — зачем нам коллайдеры?
— Мы, люди, любим задавать себе фундаментальные вопросы. Откуда мы пришли? Как была создана Вселенная? И благодаря нашему исследованию на коллайдерах мы можем дать частичные ответы на некоторые из них. Вот это ощущение завораживает. И многие занимаются настоящей, глубокой физикой именно потому, что хотят прикоснуться к исходному коду мироздания. Это точка пересечения знаний и веры, науки и философии. Дальше это можно интерпретировать как игру, как утопию. Но есть исходный мотив — интерес проводить исследования в областях, которые составляют основу наших знаний и нашего существования. Это помогает продвигать взаимопонимание между естествоиспытателями, философами и теологами. Чем лучше мы понимаем друг друга, тем больше мы начинаем принимать другие дисциплины и устранять препятствия. В конечном итоге естественные науки, философия и теология занимаются смежными вопросами. «Естествознание и религия не исключают друг друга. Мы в CERN пытаемся ответить на вопрос «Как?» — но, мы оставляем «Почему?» другим областям.
Квантовый мир физики элементарных частиц очень далек от нашего, поэтому его законы часто кажутся нам странными и контр-интуитивными. У человека существует, видимо, глубокая психологическая потребность сводить все явления окружающего мира к простым, понятным образам. Удивительный факт заключается в том, что предсказания квантовой физики подтверждены экспериментально гораздо точнее, чем классической механики и теории относительности Эйнштейна. В 1959 году величайший физик XX века Ричард Фейнман выступил с докладом «Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики» («There’s Plenty of Room at the Bottom: An Invitation to Enter a New Field of Physics»), где была обрисована перспектива прямого манипулирования индивидуальными атомами и фотонами. Однако реальные очертания эти идеи стали приобретать к началу 80-х, прежде всего, в связи с изобретением сканирующего туннельного микроскопа, отмеченного уже в 1986 г. Нобелевской премией. В этом мире атомы ведут себя совсем не так, как объекты макромира, поскольку они подчиняются законам квантовой физики. Наверное, эти идеи тогда и самому Фейнману казались слишком смелыми, но сегодня квантовые сенсоры, универсальные квантовые компьютеры, квантовые коммуникации (криптография) и даже квантовая телепортация (передача квантового состояния частицы из одного места в другое, без использования прямого переноса квантовой частицы в пространстве) постепенно приоткрывают дверь в нашу жизнь. Это должно стать краеугольным камнем для технологий квантовой связи. При этом конфиденциальность информации, передаваемой с помощью квантовых коммуникаций, гарантируется фундаментальными законами физики. Пока это фантастика… Возможно, фантастикой это останется совсем недолго…
Первую часть интервью с Максимом Титовым читайте здесь («Если мостом между нациями не удастся стать науке, то что другое может сблизить людей?»)
