Наверх

Михаил Батурицкий: Мы собрали мощнейшую в Беларуси команду

Японцы еще только подбирают площадку для новой научной международной мегаустановки, а белорусские физики уже создали для нее ключевую деталь

Японцы еще только подбирают площадку для новой научной международной мегаустановки, а белорусские физики уже создали для нее ключевую деталь.

Семь лет назад в швейцарском ЦЕРНе (CERN, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire – «Европейский совет по ядерным исследованиям») заработал Большой адронный коллайдер (БАК). Весь мир с замиранием сердца следил за процессом запуска. Люди ждали чего-то страшного, или пожирания планеты чёрной дырой, которая якобы может зародиться в недрах БАКа, или создания более стабильного вакуума, в который «свалится» весь мир. К счастью, апокалиптические прогнозы не сбылись.

Ученые возлагали на мегаустановку (кольцевой ускоритель заряженных частиц  диаметром 8,5 км, что сравнимо с московским Бульварным кольцом) большие надежды. И она их вполне оправдала. Во всяком случае, с основной объявленной задачей, поиском легендарной «частицы Бога» (говоря по-научному – бозона Хиггса), коллайдер справился достаточно успешно. 4 июля 2012 года физики получили на БАКе частицу, по всем параметрам похожую на предсказанный в 1964 году британским физиком-теоретиком Питером Хиггсом бозон. Через полгода предположение о том, что полученное и есть тот самый искомый «бозон Хиггса», подтвердили другие учёные, а ещё через полгода Питер Хиггс за своё предсказание получил Нобелевскую премию.

Бозон Хиггса играет в нашей системе мироздания особую роль. Дело в том, что так называемая «стандартная модель», признанная почти всеми физиками, очень хорошо объясняет взаимодействия элементарных частиц и три из четырёх известных фундаментальных взаимодействий: слабого, сильного и электромагнитного. Что она не могла до последнего времени описать, так это гравитацию. Физики на ее основе не могли понять, почему у каких-то частиц появляется масса, когда у других, например у фотонов, – она отсутствует. Для того чтобы справиться с этой задачей британский учёный Питер Хиггс в середине 1960-х предположил существование специальной частицы – бозона, которая, входя в состав других частиц, придаёт им эту самую массу. Нет этого бозона – нет и массы. Хиггс не просто предположил, он еще и описал, как именно должна вести себя такая частица, и какими свойствами она должна обладать. Эти предположения и подтвердили эксперименты на БАКе.

В создании и работе на БАКе принимали и принимают участие ученые нашего Союзного государства. Дело в том, что ЦЕРН – организация международная и Россия имеет в ней статус наблюдателя. Основным партнером с нашей стороны является Объединенный институт ядерных исследований в Дубне (ОИЯИ). Специалисты института участвовали и в строительстве БАКа, и в экспериментах на нём. В свою очередь, ОИЯИ – не менее международная организация, чем ЦЕРН. В нее в качестве полноправных членов входят научные организации 18 стран, и одним из основных членов является Беларусь.

Сейчас работы на БАКе идут полным ходом, но ученых его возможности уже не удовлетворяют. Для того, чтобы проникнуть еще дальше в глубины мироздания, чтобы подробнее понаблюдать за «поведением» того же бозона Хиггса, чтобы разгадать тайны тёмной материи и тёмной энергии, им нужен новый инструмент, по многим параметрам превосходящий БАК.
Таким должен стать новый ускоритель – Международный линейный коллайдер (МЛК), который скоро начнут строить я Японии.

Размеры его поражают. Общая длинна установки превысит 30 км (для сравнения, это средний диаметр Московской кольцевой автодороги). Со временем, если эксперименты пойдут успешно, длину увеличат до 50 км. Стоимость проекта оценивается в 7,8 млрд долларов, что на 2 млрд превышает стоимость БАКа. Эксперты считают, что эта сумма за время строительства вырастет в два, а то и в трн раза. В новой установке ученые будут «гонять» и сталкивать не тяжелые, большие и сложные протоны, как в БАКе, а легкие, маленькие и простые электроны и их античастицы – позитроны. В МЛК, как на трассе для краш-тестов, их будут разгонять и сталкивать «лоб-в-лоб» (слово «коллайдер» переводится как «сталкиватель»).




В отличие от ситуации с протонами, при столкновении которых образуется огромное количество постороннего мусора, столкновения в МЛК будут на  порядки чище. Соответственно, и разглядеть в них все новое и необходимое будет значительно легче. В случае с тем же бозоном Хиггса, на БАКе физики-ядерщики могли увидеть лишь следы его присутствия. На новой установке возможно будет познакомиться с ним уже гораздо ближе.

Ученые ОИЯИ уже не просто приняли приглашение поучаствовать в проекте, они выделили его в особую программу, «Международный линейный коллайдер: ускорительная физика и техника», руководит которой член-корреспондент РАН Григорий Ширков. Соответственно, участвуют в программе и белорусы. И участие их более чем актуально.

МЛК будет строиться на основе равноправного вклада стран-участниц. Этот вклад делится на две категории: оборудование, которое разрабатывает и изготавливает каждая из сторон, и научные исследования, которые будут сопровождать развитие проекта. Основными частями ускорителя, разумеется, станут разгонные блоки. В соответствии с проектом, основная деталь блоков – сверхпроводящие ниобиевые резонаторы. Именно в них происходит передача энергии электромагнитного поля ускоряемым частицам. Всего для коллайдера потребуется около 20 000 таких резонаторов.

В конце 2014 года стало известно, что белорусские учёные из трёх крупнейших научных организаций республики, Национальной академии наук (НАНБ), Белорусского государственного университета (БГУ) и Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (БГУИР), изготовили и испытали первые такие резонаторы. Сработали они прекрасно – дали сверхпроводимость при температуре 4,2 Кельвина (-269 Цельсия). При их производстве была достигнута добротность (чистота обработки) внутренней поверхности 1,47 на 10 в 9-й степени. Такой в Беларуси раньше не было.

Как рассказал нам координатор проекта, заместитель директора НЦ ФЧВЭ БГУ Михаил Батурицкий, идею организовать выпуск в Беларуси резонаторов ученым подсказали в ОИЯИ в 2007 году. Они могут стать частью долевого взноса республики в дубнинский ядерный центр. Ученым ОИЯИ выгоднее получить взнос не деньгами, а резонаторами. Для решения задачи была создана мощнейшая в республике команда из 26 специалистов, в числе которых пять докторов наук и десять кандидатов. В ходе работы было защищено две кандидатские диссертации и получены девять патентов.
Работа продолжалась 7 лет. И вот, 4 декабря прошлого года первый белорусский резонатор успешно выдержал первое испытание.
«В конце 2014 года мы сварили второй резонатор, - рассказал нам Михаил Батурицкий. - У нас их должно быть три, но мы немного притормозили работу, чтобы каждый следующий варить после испытаний предыдущего. Мы пока сделали первый шаг и можем говорить, что в состоянии делать резонаторы: мы увидели сверхпроводимость, научились варить ниобий, научились его штамповать, набираем опыт в измерениях».

Теперь Беларусь имеет все шансы стать основным, а возможно – и единственным поставщиком резонаторов. И не только для МЛК, но и для другого мегапроекта – строящегося в Гамбурге Европейского лазера на свободных электронах X-FEL. В последнем проекте Россия выступает вторым по величине взноса (после Германии) соинвестором, и для него требуется 800 резонаторов.

Пока запуск МЛК запланирован на середину следующего десятилетия.

Более подробно об МЛК, принципах его работы, а так же рассказ Михаила Батурицкого о том, как создавались белорусские резонаторы, читайте в №1-2 журнала «Союзное государство» за 2015 год.

текст и фото: Валерий Чумаков
на фото вверху страницы: заместитель директора НЦ ФЧВЭ БГУ Михаил Батурицкий