Коллайдер, который перспективнее адронного: учёный о проекте sPHENIX

Физики из разных стран собрались в Национальном исследовательском ядерном университете "МИФИ" (НИЯУ МИФИ), чтобы обсудить международный эксперимент sPHENIX — крупный проект новой установки для исследований по физике высоких энергий и тяжелых ионов. Коллаборация sPHENIX создана для работы на коллайдере релятивистских тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории (США). О новом эксперименте корреспонденту проекта "Социальный навигатор" МИА "Россия Сегодня" рассказал представитель руководства проекта sPHENIX, профессор физики Университета штата Айова (США) Джон Лажуа. 

– Профессор Лажуа, какие принципиально новые возможности для науки открывает sPHENIX?

–  Проект sPHENIX создавался для изучения микроскопических свойств кварк-глюонной плазмы. Мы пытаемся узнать, как "длинноволновые" свойства этого нового состояния материи проистекают из его микроскопических свойств, то есть из взаимодействий кварков и глюонов друг с другом. Чтобы найти ответ на этот вопрос, мы обращаем особое внимание на возбуждение квазичастиц в кварк-глюонной плазме. 

Коллайдер релятивистских тяжелых ионов (RHIC), на котором будет проводиться эксперимент sPHENIX, – это, в сущности, лаборатория для изучения физики сильных взаимодействий и соответствующей теории – квантовой хромодинамики (так называется раздел квантовой теории поля, описывающий взаимодействия между кварками и глюонами). 

Помимо изучения столкновения атомных ядер, коллайдер также может сталкивать протоны с ядрами различных атомов. Это поможет нам лучше понять, как ядерная материя переходит в состояние кварк-глюонной плазмы. Мы пытаемся разобраться в происхождении этой горячей, плотной, сильно взаимодействующей, но почти идеальной жидкости. Я считаю эти исследования крайне увлекательными.

В дополнение к этому мы можем лучше изучить квантовую хромодинамику. Можем попытаться понять, как устроен протон во всех подробностях. RHIC – единственный в мире коллайдер, который может осуществлять столкновения между поляризованными протонами, это также очень интересно.

– Однажды вы сказали, что понимание сильного ядерного взаимодействия, связывающего кварки внутри нуклонов, могло бы произвести революцию в технике, подобно тому, как понимание электромагнитной силы привело к появлению современной электротехники. Какие новые технологии могли бы возникнуть?

– Прекрасный вопрос. И прекрасен он тем, что на него нельзя ответить. Если проводить аналогию, то в 1865 году Джеймс Клерк Максвелл сформулировал уравнения, которые стали точкой отсчета для понимания основополагающих взаимодействий в природе. Уравнения Максвелла дают полную картину процессов электродинамики в ее классическом понимании.

Если бы вы спросили кого-нибудь в 1865 году, каким будет мир через сто лет после этого открытия, сомневаюсь, что кто-то смог бы предсказать наш полет на Луну. И даже компьютеры и полупроводники. Никто бы и не предположил, что мир станет таким, как сейчас – полностью работающим на электричестве. Потому что о таком применении электричества тогда еще не было известно. Тем не менее, все это появилось благодаря укрощению одной из главных сил в природе. И понимание электродинамики привело к одной из крупнейших научно-технических революций в истории человечества.

Так что я не знаю, к чему приведет разработка, понимание и применение сильного ядерного взаимодействия, но с полной уверенностью могу сказать, что результат будет грандиозным. Где будет ядерная физика через 100, 150 или 200 лет? Не знаю. Но очень хочу узнать. 

– Эксперименты, подобные коллаборации sPHENIX, требуют сотрудничества ученых из многих стран и гигантского финансирования. Однако, ЦЕРН, например, создал интернет в его нынешнем виде. Можно ли сказать, что подобные проекты — это инвестиции в будущее цивилизации? 

– Интернет был неожиданным побочным продуктом вложений в физику элементарных частиц. Никто и не предполагал, что именно та команда талантливых ученых с ресурсами, выделенными для решения одной из сложнейших задач физики, сможет заодно получить на выходе интернет. Это еще одно революционное изобретение. Но оно было создано совершенно случайно. 

Такие "побочные" открытия происходят до сих пор. У меня в аспирантуре много студентов. Кто-то из них после защиты диссертации продолжает работать физиком, кто-то уходит на Уолл-стрит, кто-то переходит на работу в интернет-компании. То есть физики применяют свои знания в проектах, которые становятся неотъемлемой частью нашей жизни. 

Преподаватели много времени уделяют студентам и исследованиям, думают о том, как эти студенты смогут продолжить исследования. Но наши студенты не всегда становятся физиками. Они уходят в самые разные сферы и вносят свой совершенно конкретный вклад в развитие общества. 

Техническое образование в университетах по всему миру, благодаря которому студенты затем применяют свои навыки критического мышления и решения задач в других сферах, является одним из двигателей современной экономики в большинстве развитых стран.

– Нечто подобное говорил один из наших пожилых ученых: "В МИФИ не учат решать задачи. Там учат думать". 

– Вот именно. Своим новым студентам я всегда говорю, что они пришли не изучать физику. Они пришли, чтобы научиться мыслить. 

В физике они, конечно, разберутся, но это скорее дополнительный эффект – некий бонус. Главное – они научатся мыслить и решать сложные задачи. Многие из моих студентов, которые приходят после бакалавриата, не осознают, что у них нет навыков систематического решения сложных задач. Но когда эти навыки появятся, они будут применимы практически везде. 

– Для того чтобы получить кварк-глюонную плазму, ученым нужно достичь температур, в сотни тысяч раз выше, чем в солнечном ядре. Какие условия вы планируете получить в проекте sPHENIX? 

– Мы не планируем менять условия получения кварк-глюонной плазмы. Условия зависят, главным образом от того, какие частицы сталкиваются, что находится в ядре, и от энергии столкновения ядер. Энергия ускорителя / коллайдера останется прежней. Так как в начальный момент столкновения в на RHIC достигается меньшая температура, чем на Большом адронном коллайдере (БАК), то длительность периода нахождения образовавшейся материи в области существования квазичастиц на RHIC больше. 

Поэтому мы думаем, что на RHIC реализуются условия, наиболее благоприятные для изучения разделов физики, которые интересуют sPHENIX. Если сравнивать исследования на RHIC и исследования на БАК при более высоких энергиях, то они в значительной степени дополняют друг друга. Поэтому ученым нужны оба коллайдера, но RHIC, на наш взгляд, в определенном смысле, то есть для изучения столкновений тяжелых ионов при определенных условиях, наиболее перспективен.

К тому же мы собираемся изучать те же столкновения, что и на установке PHENIX, но в гораздо большем объеме. Мы не собираемся повышать температуру, но будем изучать гораздо больше столкновений, чем в эксперименте PHENIX. Крайне важно учитывать объем данных и число зарегистрированных столкновений, которые мы изучаем. 

– Что связывает вас с российскими физиками? 

– Я знаком со многими из них. С некоторыми – по работе в Брукхейвенской национальной лаборатории. Затем, когда я пришел в PHENIX молодым ученым в 1997 году, я познакомился со многими умными и талантливыми россиянами, которые участвовали в проведении эксперимента. В целом, у нас было очень продуктивное сотрудничество.

– Хотели бы вы привлечь студентов, аспирантов и молодых ученых НИЯУ МИФИ к работе над вашими данными? 

– Обязательно. Именно поэтому я здесь. Мы ищем способы задействовать НИЯУ МИФИ в нашем эксперименте. 

От любого профессора вы услышите, что всю самую тяжелую работу в науке выполняют аспиранты и молодые ученые. Они занимаются анализом данных, калибровкой детектора, всеми сложными операциями по анализу информации от экспериментальной установки. И компетентной молодежи всегда не хватает. 

В долгосрочной перспективе мы очень хотели бы предоставить студентам старших курсов, аспирантам и молодым ученым НИЯУ МИФИ возможность принять участие в анализе данных и привлечь к этому как можно больше молодых людей.