Дубна – столица Физики. От синхрофазотрона к коллайдеру

30 марта около трех часов по московскому времени в ЦЕРН (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire – Европейский совет по ядерным исследованиям) на Большом адронном коллайдере (он же LHC – английская аббревиатура, принятая среди ученых) произошло событие, к которому готовились на протяжении долгого времени. Состоялось столкновение встречных пучков протонов на энергии 3,5 ТэВ (тераэлектронвольт) и достигнута небывалая до этого времени суммарная энергия в 7 ТэВ. Аналогичные попытки состоялись на БАКе несколькими днями раньше, однако из-за погодных условий и, как следствие, отключения электричества работа не пошла. В дальнейшем ученые планируют достичь энергии столкновения в 14 ТэВ.

«Произошло знаковое событие. Этого момента мы ждали и готовились к нему много лет. И даже пальцы не скрещивали и не стучали по дереву! Часом раньше или часом позже, годом раньше или годом позже – оно должно было произойти, – сообщил руководитель проекта RDMS CMS, член управляющего совета эксперимента CMS и руководитель системы торцевого адронного калориметра CMS Игорь ГОЛУТВИН. – Сейчас мы действительно стоим на пороге новых открытий, которые могут содержать ответы на фундаментальные вопросы современной физики». В этот же день в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, задействованном в работах по пятнадцати проектам ЦЕРН, состоялось первое заседание объединенного семинара «Физика на Большом адронном коллайдере», где проводилась в том числе и медиапрезентация первых столкновений пучков протонов при суммарной энергии 7ТэВ. Семинар организован в эксперименте «Компактный мюонный соленоид» (CMS) на LHC в ЦЕРН.

«В основе коллайдера лежат как минимум два фундаментальных принципа, открытых российскими учеными в ХХ веке, – напомнил Игорь Голутвин. – Первый – фундаментальный принцип автофазировки, дающий возможность существенного повышения энергии на циклических ускорителях, второй – идея ускорителя на встречных пучках, что позволяет удвоить энергию соударения частиц, не увеличивая энергию ускорителя». В начале 90-х годов, рассказал он, был предложен проект самого большого в мире ускорителя заряженных частиц. В 1994 году совет одобрил создание Большого адронного коллайдера. По сути, то, чем сегодня занимается БАК, – это область, где от изучения кирпичика мироздания мы приходим к изучению Вселенной.

«Все начиналось в этой лаборатории с синхрофазотрона, – рассказывает глава лаборатории физики ядерных частиц, доктор физико-математических наук, профессор Владимир КЕКЕЛИДЗЕ. – Это первый в мире ускоритель, который на момент создания был, как сегодня LHC, самым мощным и самым сильным». Лаборатория, где находится легендарный синхрофазотрон, располагается в Дубне на участке в сто гектаров, и это главная лаборатория в области физики высоких энергий. Более того, тут разрабатывается «дополняющий», по словам профессора, проект – свой коллайдер, «младшая сестренка» БАКа, НИКА.

НИКА – Nuclotron-based Ion Collider fAcility – коллайдер тяжелых ионов высоких энергий. Разработка проекта ведется с середины 2006 года ОИЯИ в тесном сотрудничестве с ведущими институтами РАН, Росатома, Рособрнауки, МГУ и РНЦ «Курчатовский институт». Будет создан уникальный ускорительный комплекс – каскад четырех ускорителей, один из которых уже существует и действует – сверхпроводящий ионный синхротрон-нуклотрон.

«Еще несколько месяцев назад это был единственный в Европе действующий ускоритель на сверхкриогенных магнитах, – объясняет Владимир Кекелидзе. – Это лишь первый этап нашего будущего коллайдера». Сегодня система такая: в линаке начинается ускорение частиц, которые потом попадают в нуклотрон (должны попадать в ускоритель – бустер, но он пока не построен), ускоряющий тяжелые ионы. «Наша задача – ускорять в результате от протонов до золота и после создания бустера, который обеспечит необходимые интенсивности, передавать все в нуклотрон и после в два кольца, – рассказывает профессор. – Они и будут коллайдером, но на энергии в тысячу раз меньше, чем LHC, который будет ускорять не протоны, а тяжелые ионы и решать совсем другую задачу».

Надо сказать, что с финансированием у строителей российского коллайдера проблем нет. Поскольку организация международная, то финансируется она восемнадцатью странами – участницами ЦЕРН. Бюджет из года в год увеличивается приблизительно на 20-25 процентов. С учетом планов недавно было принято решение о выделении 148 миллионов долларов на развитие коллайдера.

Проблема в другом. Чтобы изучать данные, полученные благодаря работе БАКа, необходимо было создать некую глобальную информационную систему, охватывающую весь мир. И такая система появилась – это Grid. Глобальная структура, объединяющая вычислительные ресурсы и ресурсы хранения. «Она работает, как один большой ансамбль, в котором состоят уже сотни тысяч процессоров, огромное количество дискового пространства, соединенного сетями и специальным программным обеспечением, – объясняет зам. директора лаборатории информационных технологий ОИЯИ Владимир КОРЕНЬКОВ. – В этом пространстве, представляющем собой, по сути, огромный суперкомпьютер, могут выполняться разные задачи, в том числе и обработка и анализ работы БАКа». Последний, впрочем, иначе и не смог бы работать, поскольку в одном месте создать структуру, способную обработать все данные, невозможно.

Для работы в «Грид» нужна высокая скорость соединения с Интернетом. И если ОИЯИ нашел деньги для обеспечения этой скорости, то, скажем, исследовательские центры Новосибирска и Хабаровска – нет. «Новосибирску ничего не стоит подключиться к «Грид», и на протяжении года они сделали уже две попытки подключения к ней, – рассказывает Владимир Кореньков. – Но особенность «Грид» состоит в том, что к ней подключают только сайты, обеспечивающие высокую надежность». По его словам, все грид-сайты мира каждый час проверяют на стабильность работы, если они работают плохо, их отключают. Из-за того что у Новосибирска слабый канал – 45 мегабит в секунду (у Дубны 10 гигабит), подключение к сети попросту невозможно.

Для подключения нужны, во-первых, деньги, а во-вторых, соответствующая политика государства. В Европе принят закон, по которому неиспользованные оптические волокна владелец обязан отдать другим, особенно для науки и образования. В России же существует монополист – Ростелеком, который оптическим волокном делиться не особенно хочет. «В его политику не входит предоставлять кому-то волокна, – уверен Владимир Кореньков. – Он не заинтересован в том, чтобы понижались цены, чтобы была конкуренция».