Одессит охотится за бозоном Хиггса на Большом адронном коллайдере
3 октября 2013 года Украина подписала соглашение и получила статус ассоциированного члена CERN — Европейского центра ядерных исследований. Основанная в 1954 году в Женеве международная организация представляет собой передовую линию современной теоретической науки — физики элементарных частиц.
В CERN трудится 12 тысяч исследователей из пятисот научных и исследовательских центров планеты — это половина мирового интеллектуального потенциала. Раньше сотрудничество украинских ученых с европейскими коллегами носило эпизодический характер. По словам вице-премьера Константина Грищенко, в проектах CERN задействовано всего 47 украинских специалистов. После подписания соглашения их число должно вырасти в разы.
«Думская» пообщалась с земляком, работающим в Женеве. Одессит Юрий Ильченко — один из тысяч исследователей, которые постигают неведомое на самом знаменитом объекте ЦЕРНа — ускорителе заряженных частиц LHC, Большом адронном коллайдере.
В 2004-м Юрий окончил физический факультет Одесского национального университета. Через два года он поступил в университет американского Далласа на отделение экспериментальной физики. Свою диссертацию на соискание степени доктора философии написал в чикагской лаборатории имени Энрико Ферми на ускорителе элементарных частиц «Тэватрон» — втором по мощности адронном коллайдере мира. Именно это устройство в 1995 году позволило открыть так называемый t-кварк, он же истинный кварк — наиболее массивную из существующих фундаментальных частиц. Диссертация Юрия Ильченко была посвящена самому точному методу измерения массы топ-кварка, что важно для предсказания свойств еще одной знаковой частицы — бозона Хиггса.
После получения степени Ph.D молодой ученый поступил на исследовательскую работу в Техасский университет города Остина. Здесь, на кафедре теоретической физики, он работает вместе с профессором Стивеном Вайнбергом, лауреатом Нобелевской премии 1979 года за выдающийся вклад в развитие теории элементарных частиц.
В начале этого года университет направил Юрия в Швейцарию, на Большой адронный коллайдер, куда наш герой уже приезжал, когда корпел над диссертацией. Сейчас ускоритель модернизируют, чтобы запустить в 2015 году. К тому времени его мощность увеличится почти вдвое.
Юрий Ильченко высоко оценивает получение Украиной статуса ассоциированного члена CERN и считает это важным шагом на пути настоящей европейской интеграции нашей страны. По его словам, физика высоких энергий — чрезвычайно сложное и дорогостоящее направление научной деятельности. Далеко не каждая страна и даже не каждый континент могут позволить себе содержать современный центр по изучению фундаментальных частиц.
Вот вам наглядный пример. Наиболее мощным коллайдером России остается комплекс У-70 в подмосковном Протвино. Создатели синхротрона получили Ленинскую премию еще в далеком 1970 году. Мощность гигантского ускорителя — 70 ГэВ (миллиардов электрон-вольт), отсюда и название. Это в 30 раз меньше мощности «Тэватрона», на котором Юрий работал в США, и в двести раз меньше мощности модернизированного Большого коллайдера CERN. Многие современные исследования на У-70 попросту невозможны. Например, топ-кварк, которому посвящена диссертация Юрия Ильченко, имеет массу 175 ГэВ, поэтому обнаружить и исследовать его на российской установке просто не получится.
На первый взгляд, эксперименты на коллайдере достаточно просты. Два пучка протонов (положительно заряженных атомов водорода) разгоняются до сверхвысоких энергий и направляются навстречу друг к другу. При столкновении на скоростях, близких к световой, элементарные частицы взаимодействуют и распадаются на еще более мелкие частицы. Этот процесс тщательно фиксируется детекторами. Именно так в прошлом году, спустя полвека после предсказания и нескольких десятилетий экспериментальных поисков, два основных детектора Большого коллайдера, ATLAS и CMS, выявили тот самый неуловимый бозон Хиггса.
Фиксация результатов эксперимента детекторами и расшифровка их — важнейшая часть работы исследователей: столкновение длится ничтожно малые доли секунды, а обработка результатов может растянуться на месяцы и даже годы. И мощность ускорителя — очень важный, но не единственный влияющий на результат фактор. Успех напрямую зависит от точности и чувствительности приборов, от совершенства алгоритмов и изобретательности исследователей.
Именно этими вопросами занимается в Женеве одессит Ильченко. Сейчас он разрабатывает программное обеспечение для мониторинга состояния детектора ATLAS и моделирует распад бозона Хиггса при столкновении на энергиях 13-14 ТэВ (триллионов электрон-вольт), на которых будут сталкивать протоны в 2015 году.
Рабочий день молодого ученого длится восемь часов, остальное время Юрий старается использовать с максимальной пользой.
«В свободное время стараюсь почаще выбираться с друзьями, коллегами и партнерами на монументальные альпийские пики, — говорит ученый. — Были на Монблане и Маттерхорне, на ледниках и перевалах. Люблю посещать исторические места Европы, средневековые города и замки Швейцарии. В последнее время увлекся историей Римской империи на территории Швейцарии в I-III веках нашей эры — очень интересно».
Как видите, даже на досуге, даже в рассказах о личной жизни ученый остается верен науке.
«Я живу в укромном пригороде Женевы с французской стороны, — продолжает Юрий. — Из окон моей квартиры открывается изумительный вид на горный массив Юра. Кстати, именно там были найдены останки динозавров, в честь этого и получил свое название Юрский геологический период…»
Современные технологии позволяют не только строить коллайдеры и расщеплять протоны, но и оставаться на связи в любом конце света.
«В свободное время с удовольствием общаюсь друзьями и коллегами из США и других стран. Что интересно, математические задачи анализа данных, которые используются в физике высоких энергий, очень похожи на те, с которыми сталкиваются аналитики на фондовых рынках всего мира. Мои друзья из компании Nymerix разрабатывают соответствующее программное обеспечение. К слову, есть и обратные процессы. Например, в ходе наших экспериментов генерируются грандиозные массивы информации. Сейчас ученые CERN пытаются применить разработанные российским «Яндексом» системы искусственного интеллекта для обработки данных с Большого адронного коллайдера».
Одесса для молодого ученого — особый город, и не только потому, что тут живут друзья и родные.
«Стараюсь по возможности чаще сюда приезжать. Одесса для меня — источник новых идей, свежих взглядов. Город просто пропитан духом прогресса и инноваций. Это дает огромный заряд энергии и стремление работать дальше. Конечно, поддерживаю связь с одесситами, с бывшими коллегами из морских транспортных компаний, с интересом наблюдаю за развитием молодого одесского IT-проекта SeaRates».
По словам нашего собеседника, подписанный вчера договор открывает украинским ученым возможность участвовать в совместных исследованиях на уникальном и самом совершенном оборудовании в качестве равноправных партнеров. Юрий убежден: это позволит нам оказаться на передовых позициях и даст толчок развитию фундаментальных наук в украинских университетах и исследовательских центрах.
Как мы уже сказали, следующая серия экспериментов на БАК начнется в 2015 году. Ученые многих стран мира надеются, что им удастся исследовать свойства бозона Хиггса, выявить возможные отклонения от Стандартной Модели, экспериментальным путем подтвердить или опровергнуть существующие гипотезы и выдвинуть новые. У Юрия Ильченко на ближайшее время есть и другие планы:
«Скоро наступит зима. В Альпах это сезон горных лыж, который я жду с нетерпением. Очень хочется забраться куда-нибудь повыше и со скоростью спуститься, обозревая прекрасные горные пейзажи с заснеженными вершинами…»
Когда-то выдающийся советский физик Лев Арцимович сказал: «Фундаментальная наука — лучший способ удовлетворения личного любопытства за государственный счет». Благодаря любознательности ученых человечество обогатилось множеством открытий и изобретений. Не будем далеко ходить: «всемирная паутина», WWW, привычный всем протокол HTTP и язык HTML были разработаны именно в CERN и предназначались для упрощения обмена научной информацией между исследовательскими центрами и университетами в разных странах мира.
В последние десятилетия ученые изучают самые глубины мироздания, заглядывают внутрь элементарных частиц. «Государственного счета» даже самых богатых стран мира для удовлетворения этого любопытства уже недостаточно. И это замечательно, что украинские ученые не остаются на обочине мировой науки и получают возможность вместе с коллегами из других стран быть на самом острие современных научных исследований.