В сознании многих людей фундаментальная наука – это далёкая от реальности сфера, требующая огромных ресурсов и никак не влияющая на нашу повседневную жизнь. Местом пересечения результатов работы учёных-интеллектуалов с буднями человечества зачастую являются сценарии фантастических фильмов, когда «что-то пошло не так», и герою нужно спасать планету от катастрофы. Появление Большого адронного коллайдера тоже когда-то вызывало опасения: не приведёт ли поиск «частицы Бога» к концу света? Человечество замерло и… выдохнуло с облегчением: поиск бозона Хиггса не спровоцировал появление «чёрной дыры». Но и поводом для революционных изменений в жизни людей тоже не стал. Или…
Чем занимается CERN сегодня и что делает фундаментальная наука для каждого из нас? Мы встретились с сотрудником Лаборатории анализа данных физики высоких энергий физического факультета ТГУ Юрием Бордулевым. Недавно Юрий получил грант международной коллаборации ATLAS, который позволит ему пройти шестимесячную стажировку в Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN).
Как попадают на стажировку в CERN?
Сначала я был в нескольких командировках как сотрудник лаборатории. А потом решил подать заявку на грант, объявленный для всей коллаборации ATLAS. Этот грант позволяет работать
в CERN полгода. За это время мне нужно будет войти в новую тему, стать частью команды, а потом, вернувшись домой, продолжать работу над этим международным проектом в ТГУ.
Чем конкретно вы будете заниматься?
В CERN есть разные периоды работы коллайдера. В рабочем режиме он собирает данные: делается очень много измерений, накапливается огромный объем информации о столкновениях частиц и потом учёные это всё анализируют. И так как этих данных очень много, их обработка происходит достаточно медленно.
Но иногда коллайдер делает длительные плановые перерывы. Например, сейчас он находится именно в таком режиме для того, чтобы его модернизировать. Это невозможно сделать при работающей установке. Одна из целей модификации - увеличение светимости. В коллайдере есть ускорительное кольцо. Там крутятся протоны, которые постоянно сталкиваются. Эти столкновения происходят со скоростью несколько миллионов раз в секунду. Каждое столкновение генерирует данные, после обработки которых учёные получают некие новые знания. Если столкновений в единицу времени будет больше, данные будут накапливаться быстрее, и знания будут генерироваться с большей скоростью. То есть, если события в коллайдере происходят чаще, то и новые открытия появляются быстрее.
Высокая светимость позволит ставить более сложные эксперименты. Это всё звучит очень просто, но требует очень серьёзных технологических изменений. Коллайдер представляет собой сложную систему: там есть «железо», есть электроника, есть софт, который «разгребает» все данные, и есть хранилище, ограниченное по объёму. Увеличивая поток данных, необходимо совершенствовать и саму установку.
Моя задача – подготовить хранилище к увеличению объёма данных. Можно, конечно, просто увеличить его размер. Скорее всего, это тоже будет сделано. Но можно ещё и найти способ сжать данные, попадающие в него. Мне нужно изменить формат хранения, чтобы большой объём данных занимал меньше места. При этом необходимо «научить» все сервисы, которые обращаются к этим данным, считывать новый формат.
Вы будете работать над решением этих задач один или есть некий «тендер» среди команды разработчиков?
Насколько я знаю, этим буду заниматься только я. Видимо, моё резюме убедило людей, принимающих решение о выделении гранта, в том, что мой опыт подходит для этой работы. Но она является частью большого проекта, над которым трудится международная группа исследователей. Их общая цель сделать так, чтобы в коллайдере можно было сталкивать больше протонов. В результате они будут сталкиваться чаще и бозон Хиггса будет «рождаться» быстрее.
А как проходит наблюдение за этим процессом? Что реально видят учёные?
Сейчас процесс открытия новых частиц происходит не так, как, скажем, сто лет назад. Раньше всё совершалось в некой физической камере, заполненной газом. Там пролетал электрон, и учёный буквально видел его след. Сегодня изучаемые частицы стали меньше, как и продолжительность их «жизни». Бозон Хиггса живёт очень мало и появляется крайне редко, поэтому его самого увидеть невозможно. Можно увидеть свидетельство того, что он был, например на графике. До его открытия была теория: если бозон существует, то график должен иметь определённый вид. Сталкивая протоны на невероятной скорости, развить которую позволяет только коллайдер, физики «набрали» большое количество экспериментальных событий и график получился таким, каким в теории должен быть график, если бозон Хиггса существует.
А изменилась ли жизнь человечества после того, как в коллайдере были получены эти революционные, по сути, данные? Что может произойти благодаря этому открытию в ближайшие 10 – 50 лет?
Многие считают, что фундаментальная наука – это некая теория, которая никак не соотносится с реальной жизнью. На самом деле, она самым серьёзным образом влияет на нашу повседневность. Казалось бы: зачем тратить миллиарды евро на проект, цель которого – исследование настолько мельчайших частиц, что доказательством их существования является только след на графике?
Ответ очень прост: многие прикладные технологии, которыми мы с вами пользуемся сегодня, не появились бы без развития фундаментальной науки. Простой пример: если бы Рентген не исследовал лучи, у нас не было бы рентгеновских аппаратов. Теоретические исследования физиков лежат в основе любого изобретения, меняющего жизнь человека.
Коллайдер появился для того, чтобы учёные смогли исследовать процессы, происходящие при очень больших энергиях. Для принципиально новых открытий нужна была классная 
ускорительная техника. А сегодня количество ускорителей, используемых в фундаментальных исследованиях, составляет менее 1% от всего количества такой техники. Остальные 99% используются для решения прикладных задач, например, для лечения онкологических больных или сканирования крупногабаритных грузов на пунктах досмотра.
Вообще, многие разработки из CERN перешли из сугубо научной сферы в прикладную. Даже интернет изначально был создан для обмена научными данными. Технология Touch Screen, без которой сложно сейчас представить комфортное общение с друзьями, была изобретена для научной коммуникации.
При столкновении частиц в коллайдере возникает достаточно высокий радиационный фон. Когда в установке сталкиваются протоны, под землёй, в зоне эксперимента, никого нет, потому что это опасно. Новая электроника, над которой работают учёные прямо сейчас, в отличие от традиционной кремниевой, должна справляться с высокой радиационной нагрузкой. И, если в будущем её использовать при создании любой другой техники, то можно решать задачи, которые пока нерешаемы. Например, в настоящее время не существует радиационно-стойких роботов, которые могли бы автономно выполнять работу в экстремальных радиационных условиях (например, на местах аварий), так как традиционные электронные компоненты подвержены воздействию ионизирующего излучения.. Новая электроника может сделать таких роботов неуязвимыми.
Это мои предположения, но, думаю, они достаточно близки к возможным вариантам применения новых разработок на коллайдере.
Сложно сказать, как именно и в какой промежуток времени будет меняться наша жизнь. Но то, что изменения происходят постоянно благодаря работе CERN – это совершенно точно.
Из каких ещё университетов России работают команды в CERN?
В основном Россию в CERN представляют московские научные организации. От Томска на коллайдере работаем мы и коллеги из ТПУ. Наш университет очень активно участвует в проектах.
Мы стараемся сделать так, чтобы фраза «мы из Томска» не вызывала дополнительных вопросов, а Россия не ассоциировалась у зарубежных исследователей только с Москвой. Грустно, но в мире до сих пор есть люди, которые считают Сибирь «медвежьим краем», где на первом месте стоит выживание. Мы делаем всё, чтобы изменить этот стереотип и сформировать новые ассоциативные связи, в центре которых будет наука.
Лаборатория анализа данных физики высоких энергий создана на физическом факультете ТГУ в рамках мегагранта Правительства РФ на создание центра мирового класса по анализу данных Большого адронного коллайдера в CERN. (www.tsu.ru/news/sotrudnik-tgu-pomozhet-cern-oblegchit-sistemu-khra/)
Редакция блога