Статьи

Как представить себе бесконечную Вселенную? Как и из чего образовалась материя? Что такое антиматерия? На подобные вопросы ищут ответы ученые, которые занимаются фундаментальной ядерной физикой. Об этих и других тайнах мироздания мы поговорили с директором Института теоретической и экспериментальной физики НИЦ «Курчатовский институт» Виктором Юрьевичем Егорычевым.

- Виктор Юрьевич, те, кому удалось побывать на территории вашего института, неизменно удивляются размерам и живописности этого места.

Территория нашего института находится в парковой зоне, в месте, которое раньше называлось усадьба Черемушки. Первая запись о нем относится к 1637 г. На территории есть замечательный пруд, великолепное первое здание с колоннами, где жила семья Меншиковых. Еще здесь есть домовый храм, сейчас мы его восстанавливаем.  

- С чего начинался ИТЭФ?

С советского атомного проекта. Постановление о создании института (тогда это была Лаборатория № 3 АН СССР) вышло в декабре 1945 г. В прошлом году мы отметили 70-летие. У истоков института стоял А.И. Алиханов, соратник И.В. Курчатова. Основной целью, стоявшей перед Лабораторией № 3, которая вышла из недр Лаборатории № 2, как тогда назывался Курчатовский институт, было создание тяжеловодного реактора.

Именно эта задача долгие годы была для института ключевой. Реактор был создан и запущен в течение трех лет, на базе этого прототипа впоследствии были построены промышленные тяжеловодные реакторы, в частности чехословацкий реактор «Мирный».

Постепенно сфера деятельности института расширялась, и со временем основным направлением стала теоретическая физика. Основу теоретического отдела заложил Л.Д. Ландау, а затем его руководителем стал И.Я. Померанчук. В 1998 г. в институте была основана ежегодная международная премия им. И.Я. Померанчука.

Премия присуждается за теоретическую работу. Каждый год ее лауреатами становятся два физика-теоретика — иностранный и российский. Премия, как правило, присуждается в ноябре, так что в этом месяце мы будем награждать лауреатов 2016 г.

Ими стали профессор Принстонского университета Кертис Каллан и сотрудник нашего института профессор Ю.А. Симонов. В 2010 г. все вернулось на круги своя: ИТЭФ вновь вошел в состав Курчатовского института (ныне НИЦ «Курчатовский институт»).  

- Какие еще исследования проводятся в вашем институте?  

Кроме теоретической физики у нас сформировано большое направление физики ускорителей. На территории института был создан прототип Протвинского ускорителя У-7. Потом его модернизировали до У-10, увеличив энергию пучков с 7 до 10 ГэВ. Сам протвинский Институт физики высоких энергий, сегодня всемирно известный, первоначально был филиалом нашего института, а сейчас также входит в состав НИЦ «Курчатовский институт».

Так что здесь мы наблюдаем своеобразную цепочку институтов, «вылупившихся» в свое время друг из друга, и можно сказать, что родоначальник советского атомного проекта Курчатовский институт был своеобразным инкубатором почти всех ядерно-физических институтов страны.

Как известно, есть время разбрасывать камни и время их собирать, так что в процессе создания Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» с 2008 г. для решения новых задач опять консолидируется ядерно-физический потенциал страны.

Кроме того, у нас есть большое направление, связанное с экспериментальной физикой. Это и эксперименты, которые проводились на нашем ускорителе, это и участие во многих международных проектах.  

- Каких именно?  

Главным образом это участие в работе Большого адронного коллайдера в CERN, в строящемся близ Дармштадта (Германия) ускорительном комплексе FAIR, во многих нейтринных экспериментах. Нейтринные эксперименты характерны тем, что они не концентрируются в одном месте, а распределены по разным частям света — у нас в России, в ряде стран Европы, в Японии и в США.

Сейчас НИЦ «Курчатовский институт» совместно с МИФИ строит двухфазный нейтринный детектор РЭД-100 на жидком ксеноне. Мы принимаем участие также в работе на нейтринном детекторе, который находится на Калининской АЭС, — это группа профессора А.С. Старостина из нашего института. Мы участвуем и в германском эксперименте GERDA, и в итальянском эксперименте OPERA.  

- Расскажите, пожалуйста, подробнее об участии вашего института в работе БАК.

Все институты, входящие в НИЦ «КИ», принимают активное участие в работе всех четырех основных экспериментов БАК — ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Это уникальная ситуация.

Более того, НИЦ «Курчатовский институт» изначально был одним из основных создателей уникальных детекторных комплексов. В основном это калориметры, устройства, которые по количеству выделенной частицей энергии определяют ее тип. В детекторах ATLAS, CMS и LHCb используются различные типы калориметров.

Интересна история с электромагнитным калориметром, установленном на детекторе LHCb. Он устроен по принципу шашлыка — в нем чередуются пластины свинцовых размножителей и сцинтилляционные пластины. Первоначально он был разработан для ускорителя на площадке НИЦ «КИ» в Протвине.

Теперь этот «шашлык» пробуют в CERN. Прежде, совместно с японскими коллегами, наши ученые работали в проекте по изучению вещества и антивещества, а также по изучению CP-нарушений. Такой же проект реализуется на детекторе LHCb, и мы в основном переключились туда.

- Перед запуском Большого адронного коллайдера было много слухов, протестов. Вам было страшно при его запуске?  

Ускоритель частиц на встречных пучках (кстати, базовый принцип был предложен и впервые реализован академиком Г.И. Будкером еще в 1965 г.), предназначенный для изучения продуктов их соударений, называется коллайдером. Самый мощный коллайдер — БАК. Но энергия космических лучей гораздо больше, чем та, которую он способен вырабатывать.

И наша Вселенная, Земля в том числе, миллиарды лет подвергается воздействию космических лучей. Так что слухи про катастрофу — удачный пиар-ход, привлекший к коллайдеру и CERN повышенное внимание. В чем-то нашей науке и научной журналистике на этом примере можно поучиться, как привлекать деньги на научные исследования, вот так «пугая» налогоплательщика.  

- Об эксперименте HERA-B пишут, что детектор был не просто инновационным, но предвосхитил Большой адронный коллайдер. Что это был за эксперимент?  

HERA-B был пионерским по изучению В-физики на протонных машинах. Эксперимент, в котором участвовал наш институт, проводился в Германии, в Гамбурге. Для HERA-B нами был создан один из самых больших на тот момент в мире калориметров. Калориметры — это устройства, которые полностью поглощают частицу, чтобы измерить ее энергию.

Целью эксперимента было изучение свойств материи и антиматерии. Объект изучения — частицы, состоящие из легкого кварка и тяжелого прелестного кварка. Опыт, приобретенный за время эксперимента HERA-B, оказал большое влияние на выбор трековых детекторов для экспериментов на Большом адронном коллайдере и на всю концепцию эксперимента LHCb.

- Почему для научного мира имеет такое значение, что антиматерии крайне мало?  

Не мало. Не видно значимого количества антивещества. Один из нерешенных теоретических вопросов в физике на сегодня — почему Вселенная состоит в основном из материи, а не из равных частей вещества и антивещества. Для возникновения такого дисбаланса должны быть причины. Ответ на этот вопрос мы надеемся найти в процессе эксперимента LHCb.  

- Сейчас используют термин «новая физика». Что это такое?  

Это термин, который обозначает физику вне стандартной модели.  

- Разве обнаружение в 2012 г. бозона Хиггса не подтвердило стандартную модель?  

Стандартная модель предсказала существование бозона Хиггса. Однако есть ряд указаний на ограниченную применимость стандартной модели и на существование новой физики за ее пределами. Среди них как раз и неспособность объяснить существующее преобладание вещества над антивеществом.  

- Что изменилось для вашего института после его вхождения в НИЦ «Курчатовский институт»?

В 2008 г. был подписан указ президента РФ о пилотном проекте по созданию Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», куда вошли сам Курчатовский институт, Институт физики высоких энергий, петербургский Институт ядерной физики и наш Институт теоретической и экспериментальной физики.

А в 2016 г. к нам добавились еще крупнейший материаловедческий институт страны ЦНИИ КМ «Прометей» и Институт химических реактивов и особо чистых химических веществ (ИРЕА).

Так что все вместе мы представляем собой крупнейшую национальную лабораторию страны с экспериментальной базой мирового уровня, уникальным опытом исследований в самых разных областях: от ядерной медицины до выращивания белков в космосе, создания новых материалов для ядерных реакторов, сверхпроводимости, когнитивистики и т.д.

Это все позволяет нам, конечно, вести междисциплинарные исследования на новом уровне, развивая и новую энергетику, природоподобные технологии, продолжая развивать фундаментальную ядерную физику.  

- Какие нынешние работы института вы считаете самыми важными?  

Мы работаем по программе совместной деятельности институтов, входящих в НИЦ «КИ», которая утверждается правительством РФ каждые три года. В рамках этой программы мы развиваем ядерную медицину и лучевую терапию. Мы используем уникальные возможности существующих мегаустановок и разрабатываем новые на территории нашей страны.

Это и грядущий энергетический пуск исследовательского нейтронного реактора ПИК в Гатчине, разрабатываемый проект специализированного синхротронного источника четвертого поколения. Я уже упоминал наши масштабные работы по нейтринной физике.

У нас также есть очень сильный медицинский отдел, который занимался протонной терапией и в котором накоплен колоссальный опыт лечения онкологических больных. Без преувеличения, все методики подобного лечения, которые действуют сегодня в России, были разработаны и предложены именно в этом отделе.  

- Правда ли, что если исследовать радиационный фон в любой стране мира, то самыми чистыми окажутся места, где находятся ядерные центры?  

Правда. Здесь все контролируется и очень тщательно проверяется.  

- Какой миф о ядерной энергетике больше всего досаждает физикам-ядерщикам?  

Пожалуй, основной — что фундаментальная наука не приносит плодов и только расходует деньги налогоплательщиков. На самом деле именно фундаментальная наука создает весь базис для развития самых современных технологий. Из фундаментальной науки вышли атомная и термоядерная энергетика, космические технологии, ядерная медицина и интернет.

Именно с помощью фундаментальной физики уже создаются энерготехнологии нового поколения. Благодаря этому будет решена, наверное, главная проблема современности — проблема устойчивого энергетического развития.

Беседу вели Оксана Чёрная и Владимир Покровский