В поисках новой физики: фабрики прелести и очарования

В рамках Стандартной модели материи мы не можем ответить на все вопросы, уверяют ученые. Именно это заставляет их задумываться о так называемой новой физике, для поиска которой нужны новые установки и даже фабрики прелести. О том, как они устроены, мы решили спросить главного научного сотрудника ФИАН академика РАН Михаила Данилова [1].

Михаил Данилов родился в 1946 году в Москве. В 1970 году окончил физический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова. С 1973 года работал в Институте теоретической и экспериментальной физики. Прошел путь от инженера до директора института. В 1978 году получил степень кандидата, в 1990-м — доктора физ.-мат. наук. В 1997 году избран членом-корреспондентом, а в 2016-м — академиком Российской академии наук. С 1993 года — профессор, затем завкафедрой физики элементарных частиц МФТИ, руководитель научно-образовательной программы «Физика фундаментальных взаимодействий». С 2016 года — главный научный сотрудник ФИАН. Лауреат премий им. М. Планка и А. П. Карпинского.

— Михаил Владимирович, вы неоднократно рассказывали об экспериментах, которые идут на Большом адронном коллайдере уже после открытия бозона Хиггса. Завершено построение Стандартной модели, и теперь речь идет о поисках так называемой новой физики, которые ведутся не только на Большом адронном коллайдере. Как это происходит?

— Конечно, то, что Стандартная модель завершена, — большое достижение. И сейчас основные задачи физики — это поиски эффектов новой физики за рамками Стандартной модели. В частности, Стандартная модель не описывает темную материю, которой в пять раз больше, чем обычной материи, из которой мы устроены, и не описывает доминирование темной энергии во Вселенной. Всё это требует новых знаний, новых подходов.

Одно из направлений — это поиск темной материи. Как ее можно искать? Ее ищут либо в подземных лабораториях — забираясь туда для того, чтобы фон от обычных взаимодействий с обычной материей был очень маленький, — либо в космосе.

В подземных лабораториях сейчас установлены очень сложные детекторы, причем концепции этих детекторов в значительной мере основаны на тех работах, которые в свое время проводили российские физики. В поисках темной материи в настоящий момент доминируют ксеноновые детекторы. К ним приближаются и другие. Но пока что доминируют детекторы на ксеноне. Методы работы с ними были развиты еще российскими физиками.

И российские исследователи участвуют в этих экспериментах — например, в эксперименте LUX, который проходит в США: там участвуют, в частности, физики из МИФИ.

Второй подход — это поиск результатов аннигиляции частиц темной материи в космосе. Если такая аннигиляция происходит, то мы можем увидеть необычные источники обычных частиц. И вот в эксперименте Pamela (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics — детектор по исследованию антиматерии и астрофизики легких ядер), одним из лидеров которого является МИФИ, был обнаружен увеличенный выход позитронов.

— Pamela — это орбитальный спутник с детектором, способным регистрировать различные типы частиц?

— Да, и вот именно детектор Pamela сумел обнаружить избыток позитронов — выше предварительных расчетов. Это может быть свидетельством того, что частицы темной материи при аннигиляции производят позитроны, и мы их видим. Но, к сожалению, есть и другие объяснения этого избытка позитронов. Поэтому мы пока не можем уверенно сказать, что это свидетельства темной материи. Нужны дополнительные эксперименты, и они ведутся. В частности, это эксперимент AMS. Также планируются эксперименты в России, над которыми идет работа в ФИАНе и МИФИ. Так что прогресс идет быстро.

— А что собой представляют так называемые фабрики прелести? Удивительное название! Расскажите, как они устроены и что там производят.

— На фабриках прелести (Beauty Factories) производят прелесть.

— У физиков своеобразное понимание прелести. Поэтому здесь могут быть всякие неожиданности.

— Совершенно верно. Понятие прелести у физиков немножко отличается от общепринятого. Прелестными называются такие кварки, которые живут очень недолго, но их можно рождать на коллайдерах. И такие коллайдеры, которые рождают большое количество прелестных кварков, называются фабриками прелести.

А еще бывают фабрики очарования, где рождаются очарованные кварки. Такой коллайдер разрабатывается в Новосибирске. И он потихонечку строится, но, к сожалению, средств на его строительство пока государство не выделило. Так что новосибирские физики умудряются потихоньку его строить на зарабатываемые [ими вне бюджета] деньги.

А коллайдер для рождения прелестных частиц (фабрика прелести) сейчас запускается в Японии. В действительности это уже не фабрика, а суперфабрика, потому что до этого существовало две фабрики прелести (в США и Японии), на которых были получены очень интересные результаты. И в частности, стало понятно, почему различаются свойства материи и антиматерии.

Кстати, сначала речь шла о том, чтобы создать фабрику прелести в Гамбурге. Мы исследовали свойства прелестного кварка и показали, что можно изучить различие свойств материи и антиматерии в случае распада прелестных частиц, если построить такую фабрику прелести, и предложили ее построить как раз в Гамбурге. К сожалению, этот проект не был одобрен, но зато были построены две фабрики прелести: одна в Соединенных Штатах, одна в Японии. И они успешно проработали. Был получен результат, который в какой-то мере объясняет, зачем нужны те частицы с романтическими названиями, которые существуют в Стандартной модели, -странные, прелестные, очарованные.

И сейчас создается суперфабрика прелести. Она будет искать физику за рамками Стандартной модели. Это ее основное назначение.

— Нужна ли России хотя бы одна такая фабрика прелести?

— Я думаю, что строить ее в нашей стране не надо, поскольку российские ученые очень активно участвуют в создании суперфабрики прелести в Японии. Большой вклад в ее создание внесли новосибирские физики из Института ядерной физики СО РАН. Наша группа создала для этой фабрики 16 000 детекторов площадью 1600 кв. м. Это примерно футбольное поле. Так что вклад российских ученых и в создание этой фабрики, и в создание детекторов очень большой. И нужна, безусловно, кооперация ученых. И не нужно дублирования усилий.

С другой стороны, в России можно сделать что-то другое. Можно построить фабрику очарования. И, как я уже говорил, новосибирские физики раз-рабатывают такой проект, потихонечку с ним продвигаются. И было бы очень хорошо, если бы этот проект получил финансирование. Там тоже есть много возможностей для поиска новой физики — физики за рамками Стандартной модели.

— Что вы думаете о проблеме национальных научных проектов? С одной стороны, современная наука глобализирована и большие задачи решаются сообща, в том числе и финансово. И это один подход. Но как-то из него очень быстро можно сделать вывод, что на национальные проекты не стоит тратить средства, потому что в рамках этих проектов всё равно ничего толкового решить нельзя. Как сейчас, на ваш взгляд, должна решаться проблема поддержки национальной науки?

— Национальные проекты, безусловно, нужны. Но в них должно быть международное участие. В России рассматривается несколько таких проектов. К нашей области ближе всего фабрика очарования в Новосибирске. Но создается и коллайдер тяжелых ионов в Дубне NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility). Это немножко в стороне от того, что мы обсуждали. Этот коллайдер нацелен на то, чтобы изучать свойства так называемой кварк-глюонной плазмы — другого состояния вещества. Но в принципе, это близкое направление. И этот коллайдер также делается с участием ученых из многих стран, и это гарантирует, что проект будет и успешным, и интересным, что он правильно выбран. Наличие таких проектов, безусловно, важно.

Теперь по поводу дублирования. Конечно, дублировать один в один какие-то проекты бессмысленно. Но разрабатывать дополнительные, альтернативные подходы к исследованию чего-то — это очень важно. Например, тот же самый проект NICA имеет конкурента: в Германии строится близкий по духу ускоритель, который будет исследовать те же явления несколько по-другому. И вот соревнование между этими проектами и кооперация ученых разных стран как раз очень полезны и нужны.

Поэтому я бы не стал противопоставлять эти два подхода. Безусловно, нам надо участвовать в тех глобальных проектах, на которые в России просто нет средств. Вопрос о том, есть средства или нет средств, — это вопрос тоже сложный. В принципе, обсуждалась возможность создания в России коллайдера следующего за Большим адронным коллайдером поколения — так называемого Международного линейного коллайдера электронов и позитронов, который, кстати, впервые был предложен в Новосибирске.

Так вот, на мой взгляд, имелась вполне реальная возможность создания его в России. Рассматривалось место в районе Дубны. И я думаю, что если бы такое решение было принято, то это принесло бы большую пользу всей российской науке, и высокотехнологической промышленности, и менеджменту, потому что такие глобальные проекты требуют совершенно других подходов к организации производства, да и всех дел. Я думаю, что наличие одного глобального научного мегапроекта было бы очень полезно для России. Может быть, поезд еще не ушел. Хотя сейчас обсуждается строительство этого коллайдера в Японии. Но обсуждается как-то медленно. Поэтому, может быть, еще есть возможность осуществить этот проект в России.

Я еще раз хочу повторить, что есть два подхода. И оба подхода правильные. Надо обязательно участвовать в экспериментах на коллайдерах или других установках мирового масштаба в других странах и в то же время иметь свои центры, которые позволяют сохранять и инженерные знания, и инженерную культуру. Да и обучать студентов все-таки проще, если под рукой имеется такая установка.

— Как вы считаете, от чего российская наука больше страдает: от отсутствия денег или от плохого управления?

— Это вопрос по гамбургскому счету. Конечно, ситуация с финансированием фундаментальной науки в России, на мой взгляд, катастрофическая. Один институт в Японии RIKEN имеет такое же финансирование, как вся Академия наук. В RIKEN работает три тысячи человек, в Академии наук — сто тысяч. Как вы думаете, насколько реально получить результаты мирового уровня при таком соотношении финансирования? Очень тяжело. Тем не менее российские ученые умудряются получать результаты мирового уровня, но в чрезвычайно сложных условиях.

Более того, к сожалению, финансирование фундаментальной науки не только не растет, но и падает. За последние три года финансирование фундаментальной науки упало примерно на 25%. Это не учитывая еще инфляции, не учитывая девальвации рубля. Девальвация рубля в науке очень сильно сказывается, потому что закупка реактивов, закупка оборудования, поездки на конференции оплачиваются в валюте.

— Поездки на конференции становятся дороже?

— Они становятся дороже прямо пропорционально девальвации. Финансирование сокращается катастрофически. Зарплаты и ученых, и особенно аспирантов, молодежи в разы, а то и на порядок меньше, чем за границей. Я прекрасно знаю это по своим выпускникам, многие из которых, к сожалению, вынуждены уезжать и получают там деньги совершенно не сравнимые с теми, которые бы они получали здесь.

Надо заметить, что руководство страны вроде бы понимает необходимость повышения оплаты труда ученых, и существуют известные майские указы президент а. Но то, как они выполняются, — это просто имитация. Ученых переводят на долю ставки, чтобы с теми же деньгами они якобы получали большую зарплату на бумаге. Я не понимаю, кого мы обманываем: себя или президента. Это выглядит совершенно унизительно.

(P. S., уже после выхода программы в эфир. В самом конце года ФАНО выделило ряду институтов РАН большие средства на выполнение майских указов президента. Это, однако, не сильно исправляет ситуацию с соотношением финансирования фундаментальной науки в России и за рубежом, а усиливающаяся бюрократизация в управлении наукой почти сводит на нет эффект от этого улучшения.)

— В последние годы возникают инициативы, призывающие ограничить так называемую утечку мозгов, интеллектуальную миграцию. Так, например, Русский академический фонд направляет письмо в правительство с инициативой ограничить выезд отличникам-магистрантам за рубеж в обмен на то, что они освобождаются от службы в армии (они получают отсрочку на три года) [2]. Это одна инициатива.

Вторая инициатива, которая одновременно обсуждается Комитетом по обороне Госдумы, — продлить призывной возраст нашим студентам до 30 лет. Как вы думаете, если эти инициативы будут реализованы, как они скажутся на научных кадрах, на молодежи? Что произойдет?

— Произойдет просто катастрофа. И мы лишимся той талантливой молодежи, которая сейчас, несмотря на все сложности, по-прежнему остается работать в России. Например, в нашей группе работает более 20 студентов и аспирантов МФТИ и МИФИ. Есть талантливые студенты и аспиранты, которые хотят продолжать работать в России, несмотря на все сложности, которые здесь имеются. Такие инициативы по изоляционизму, по палочному принуждению к работе внутри страны приведут к совершенно обратному: все талантливые люди постараются как можно раньше страну покинуть, и всё это приведет просто к катастрофе.

— Как говорят сами студенты, надо ехать не в аспирантуру или магистратуру, а в бакалавриат. То есть начнут уезжать сразу после школы?

— Да. Единственный способ удержать талантливых людей — это обеспечить их нормальной зарплатой и хорошими условиями для работы. Это в действительности не так уж и дорого. Если бы правительство выполняло хотя бы те планы, которые записаны в государственных программах, то это одно было бы уже замечательно.

Михаил Данилов
Беседовала Ольга Орлова, научный журналист

1. Видеозапись программы см. goo.gl/tAWLdE

2. otr-online.ru/news/russkii-akademicheskii-fond-85468.html