25 августа 2022 года в рамках VII Всероссийского молодежного научного форума «Наука будущего — наука молодых» прошло пленарное заседание «Мегасайенс — магнит интеллекта». Как коллайдер позволяет заглянуть в прошлое нашей Вселенной, сколько стоит такой объект, как начинали проводить исследования на установках класса «мегасайенс» в XX веке — читайте в репортаже InScience.News.
Объекты «мегасайенс» — это важная часть современной науки. Это огромные научные центры с самым современным оборудованием, которые позволяют проводить самые передовые исследования. Установки «мегасайенс» настолько огромны, что их можно даже увидеть из космоса, и настолько сложны и комплексы, что мало какая страна может в одиночку их создавать. Самым знаменитым в мире объектом «мегасайенс», вероятно, можно назвать Большой адронный коллайдер. И в России есть свои установки класса «мегасайенс». О них и пошла речь на пленарном заседании.
Назад в будущее
Первым на пленарном заседании выступил Григорий Трубников, академик РАН, директор Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ). Он рассказал о том, что программа мегасайенс в России началась в 2011 году: тогда научные организации самых разных направлений подали заявки в виде проектов, а трехлетняя экспертиза отобрала шесть из них, которые специалисты посчитали самыми достойными. Эти научные программы были крайне амбициозными и масштабными. Такими «избранными» программами стали реактор ПИК в Гатчине, коллайдер НИКА в Дубне, электрон-позитронный коллайдер в Новосибирске и другие передовые разработки.
Особое внимание Трубников уделил проекту НИКА в Дубне, который представляет из себя коллайдер тяжелых ионов. Его основная задача — исследование фазовых переходов в ядерную материю, которые происходили на этапе зарождения нашей Вселенной. Тогда, примерно 13,7 миллиардов лет назад, появились частицы — электроны, гаммокванты, кварки, и другие. Кварки в первые несколько микросекунд после взрыва объединились по трое, образовали протоны и нейтроны. Начал появляться наш мир.
Астрофизики считают, что подобная сверхплотная ядерная материя, которая была во Вселенной еще до появления протонов, есть в нейтронных звездах. Это такие компактные (всего 10-15 километров), но тяжелые (как вся Солнечная система) объекты, которые излучают огромное количество энергии. Они состоят из самой плотной ядерной материи. Коллайдер НИКА позволяет разделить протоны и нейтроны на свободные кварки с помощью столкновения частиц — тем самым ученые могут узнать, что происходило в нашей Вселенной во время ее рождения. «Машина времени в раннюю Вселенную», — так назвал этот аппарат Трубников. Коллайдер тяжелых ионов создает крошечную нейтронную звезду, которая будет существовать долю секунды. Стоит обратить внимание, что сейчас установка НИКА все еще строится. Его планируют ввести в эксплуатацию в следующем году.
Свое выступление Трубников завершил следующими словами: «Проект класса "мегасайенс" — это масштабная установка, в создании которой участвуют не менее 10, а то и 20-30 стран. Бюджет проекта — от полумиллиарда долларов и выше. Количество людей, вовлеченных в проект — несколько тысяч человек. Ни одна страна в мире не обладает в полной мере теми технологиями, чтобы создать, запустить, эксплуатировать такой проект, поэтому нужно участие многих стран мира, индустриальных компаний, интеллектуальных коллективов и команд». И итогом такой концентрации сил станут прорывные фундаментальные исследования.
Как все начиналось
Геннадий Кулипанов, академик РАН, заместитель директора Института ядерной физики СО РАН и директор Сибирского центра синхротронного излучения, рассказал об истории зарождения мегасайенса в мире. Все началось в 1970-х годах в Германии. Первым прорывным экспериментом стал переход на рентгеновское синхротронное излучение с помощью старого синхротрона. Это позволило биологам из Европейской медико-биологической лаборатории сделать рентгеноструктурный анализ мышцы (в эксперименте использовали тело лягушки). Этот процесс на рентгеновских трубках занимал 10-20 часов. Однако была проблема. Биологов интересовал вопрос: как сокращается мышца. Ее время сокращения примерно 10 миллисекунд. Из-за этого судить о процессе было совершенно невозможно. Тогда ученые перешли на синхротронное излучение, которое давало информацию в течение 10 минут. Всего таких аппаратов, которые могли произвести рентгеновское синхротронное излучение, в то время было три. Один из них был в Новосибирске.
Советские ученые, узнав об экспериментах коллег из Германии, начали биологические эксперименты уже в 1973 году. Тогда они сделали рентгеноструктурный анализ ДНК. Позже биологи СССР провели такой же анализ мышцы, но, в отличие от немцев, использовали накопитель, который позволял проводить эксперимент за одну секунду. А потом перешли на однокоординатный детектор, и исследование можно было проводить за миллисекунды — в несколько раз быстрее, чем сокращается мышца. «Рентгеноструктурный анализ стал использоваться не только биологами, но и химиками», — поделился Кулипанов.
Анатолий Снигирев, директор МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок "мегасайенс"» БФУ им. И.Канта также выступил на пленарном заседании. Он отметил, что разработки, которые создавали ученые в Советском Союзе, опережали проекты своих зарубежных коллег. Снигирев также отметил, что разработал оптику для четвертого поколения установок «мегасайенс».
СКИФ: что нас ждет?
Лев Шехтман, главный научный сотрудник Института ядерной физики СО РАН выступил следующим. Он рассказал о том, что первые детекторы были созданы в Институте в начале 1970-х годов. Они помогли существенно уменьшить время регистрации изображений. Сейчас ученые добились серьезного прогресса в своих исследованиях. «Мы разрабатываем детекторы для СКИФа», — отметил он. Однако мы существенно отстали в разработке детекторных технологий. Шехтман отметил, что оценивает это отставание на 20 лет. «Это связано с системным недофинансированием и с тем, что молодые люди не остаются в этом домене работ, они уходят очень быстро», — заявил он. Однако Шехтман добавил, что перспективы у науки в области детекторных технологий у России есть. При этом у нас не так много времени: «СКИФ» начнет свою работу через два года, а этого слишком мало для того, чтобы разработать передовые детекторы и оборудовать ими установку. Кроме того, такие современные разработки стоят очень дорого: один-два миллиона долларов.
Последним выступил Глеб Довженко, научный сотрудник Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов». Он рассказал о том, что сейчас этот проект находится на этапе «строительства и проектирования». Однако объекты «мегасайенс» решают настолько сложные задачи науки, что нуждаются в постоянном оснащении новейшими разработками. «На данный момент уже происходит строительство здания, уже заложен фундамент для накопителя и других построек, уже произведена значительная часть оборудования для ускорителя. Если следовать плану, то в течение следующих двух лет, к концу 2024 года проект должен заработать», — отметил он.
Довженко также подробно рассказал о том, для чего нужен объект СКИФ. Большая часть исследований, которые там производятся, будут направлены на изучение свойств функциональных материалов. В 2024 году фактически будет готово шесть научных приборов, которые смогут использовать все ученые: и российские, и зарубежные.
Сам Довженко занимается разработкой станции по материаловедению и конструкционным материалам, биологическому имиджингу и наукам о жизни. Почему же такой большой разброс направлений у станции? Дело в том, что во время проектирования необходимо максимально расширить область использования проекта. «Так вышло, что между материаловедением и наукой о жизни есть связь: и те, и другие эксперименты удобно проводить на высоких энергиях фотонов», — добавил выступающий.
Таким образом, проекты «мегасайенс» — это передовые разработки, которые могут не только помочь ученым выяснить, как появилась наша Вселенная, но и проводить более «приземленные» исследования в области биологии, медицины, физики, химии и других. Такие объекты позволяют проводить эксперименты в таких условиях, которые невозможно обеспечить больше нигде в мире. Несмотря на то, что это очень дорого стоит, установки «мегасайенс» позволяют делать фундаментальные открытия, которые переворачивают науку с ног на голову.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
