Фундаментальное сотрудничество: 65 лет Объединенному институту ядерных исследований

В марте 2021-го года – 65 лет Объединенному институту ядерных исследований в Дубне. На северной окраине Подмосковья фундаментальные вопросы изучают ученые из 18-ти стран-участниц. Это Азербайджан, Армения, Беларусь, Болгария, Вьетнам, Грузия, Казахстан, КНДР, Куба, Молдавия, Монголия, Польша, Россия, Румыния, Словакия, Узбекистан, Украина и Чехия.

Научный руководитель института, академик РАН Виктор Матвеев работает в Дубне с 1965-го года. Он рассказал «Научной России» об истории института, о работе с молодыми кадрами, об условиях работы научного центра в пандемию и о современных проектах.

– В 1965-м году, когда вы пришли в институт стажером: какие тогда ставились задачи перед сотрудниками международной организации?  

– Николай Николаевич Боголюбов, который позже стал моим учителем, понимал, что для продвижения вперед и развития науки нужно искать новых молодых людей, причем из разных городов Советского Союза (с 1965-го года Н.Н. Боголюбов был директором ОИЯИ – прим. ред). Он договорился с руководителем кафедры академиком В.А. Фоком в Ленинградском университете о том, чтобы в институт прислали группу молодых теоретиков для стажировки. Я попал в эту группу: мы провели в ОИЯИ несколько месяцев и я понял, что мне очень хотелось бы попасть в этот крупнейший научный центр. Мы были стажерами-исследователями, тогда это было очень престижно.

Тогда все были в ожидании новых открытий, потому что накопилось очень много данных об элементарных, сильновзаимодействующих частицах: тех, которые возникают при столкновениях ускоренных частиц. Нужно было найти какие-то совершенно новые подходы к описанию систематики частиц, понять, что определяет фундаментальное взаимодействие между ними. Накоплено огромное количество фактов, а стройной теории не было, только модели и догадки. Нужно было глубже проникнуть в теорию элементарных частиц, чтобы понять, где же корни, которые дают возможность построить стройную теорию, которая объясняла бы большое множество рождаемых частиц и особенности их взаимодействий.

Тогда уже стало ясно, что экспериментальные исследования на ускорителях высоких энергий приносят новые знания. Но не обязательно только на ускорителях: начали приносить действительно новые данные о глубинном строении материи в области астрофизики. Один из выдающихся ученых, академик М.А. Марков говорил, что важно не настраиваться на программы исследований, которые определялись бы теми или иными интервалами энергии, а нужно искать ключевые проблемы, которые требовали бы для своего понимания или открытия каких-то новых подходов и инструментов.

И я попал в ОИЯИ в тот момент, когда эти идеи были вокруг нас, и на теоретиков был большой спрос. Я заканчивал учебу, читал журналы и интересовался этим. Когда меня откомандировали и взяли на работу, от меня были рады услышать: «Я готов этим заниматься». Я верил, что в теории возникает что-то новое, уникальное и красивое. Я был готов к тому, чтобы мне сказали: «Сделай это». И мне повезло: я попал в институт, когда здесь рождались гипотезы о том, что же помогает построить теорию сильных взаимодействий. Не хватало представления о наличии необычайно нового заряда. И это была моя первая работа. Николай Николаевич Боголюбов подарил мне и моим коллегам эту идею.

– За 65 лет, с открытия института и до нынешнего времени, было открыто 18 элементов. Из них 10 – в Объединенном институте ядерных исследований. В чем преимущество Дубны, почему эти открытия произошли именно здесь?

– Еще до создания ОИЯИ, в рамках института Курчатова, Георгий Николаевич Флеров был заряжен идеей о том, что для фундаментальной физики важно понимание того основания, на которое опирается весь наблюдаемый мир. В том числе ядра, которые еще не были открыты, но должны играть важную роль в общей картине физических явлений. Тем более, что ядра, особенно тяжелые, нарабатываются в особых условиях: они являются продуктами горения звезд. А потому знания о новых сверхтяжелых элементах, в том числе, требуют и понимания тех процессов, которые протекают в экстремальных условиях в космосе.

Георгий Николаевич Флеров пришел в институт с ближайшими сподвижниками, заряженный идеей о том, что ОИЯИ позволит решать эту проблему не как побочный продукт, а как одну из генеральных идей.

Кроме того, в 60-е годы теоретики и в СССР, и в США, и в европейских странах носились с идеей о том, что род сверхтяжелых элементов не кончается. И все принялись искать эти элементы. Эту амбициозную задачу в Лаборатории ядерных реакций, которую создал академик Флеров, ставили как главную.

Ряд новых элементов был открыт, но произошла остановка. Было видно, что нужно что-то новое, новая техника. Тогда удалось сосредоточить теоретические представления и опыт. Удалось и открытие сверхтяжелых элементов: 15 декабря 2015 года Международный союз теоретической и прикладной  химии признал за Дубной авторство в открытии еще пяти новых элементов. Это 114 – флеровий, 115 – московий, 116 – ливерморий, 117 – теннессин и 118 – оганесон. В истории науки есть только два случая, когда имена живущих ученых использовали для названия новых элементов (Оганесон назван в честь академика Юрия Цолаковича Оганесяна, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова в ОИЯИ. Первый случай, когда элемент таблицы Менделеева назвали в честь ученого при его жизни случился в 1997: тогда приняли решение назвать 106-й элемент в честь физика Гленна Сиборга – прим. ред).

В Дубне понимают, что надо двигаться дальше. Сейчас звучит вопрос, окончательно ли определены рамки таблицы Менделеева? Есть ли другие элементы, каковы же пределы классификации сверхтяжелых элементов, где их границы в мире?

– Один из новых инструментов, который готовится в Дубне – это проект NICA. Какие надежды на него возлагают ученые? Насколько он может расширить известную картину?

– Совокупность всех знаний о фундаментальных взаимодействиях, об элементарных частицах привели к тому, что возникла теория, которую знают как «стандартная модель элементарных частиц». Хотя это простым языком сказано «стандартная модель», я считаю, что это высшее интеллектуальное достижение человечества на данный момент.

Там есть один элемент, который не до конца понятен, потому что это составляющая теории, которая связана с понятием «сильных ядерных взаимодействий». Благодаря силе этих взаимодействий их не удается изучать теоретически: требуются особые методы описания, поэтому многое нужно найти в прямом эксперименте.

У физиков есть определенная картина образования мира при Большом взрыве. В основе была кварк-глюонная материя, которая состояла из самых фундаментальных, как мы сейчас говорим, «бесструктурных» частиц. Каковы же были свойства изначального сгустка материи, из которого потом образовалась вся Вселенная?

Кстати, все мы состоим из ядер, химических элементов. А внутри каждого ядра есть протоны и нейтроны. Каждый протон и нейтрон состоит из кварков. Это те самые кварки, которые образовались 14 миллиардов лет назад при Большом взрыве. Не какие-то другие, а те же самые. Это клетки рождаются и умирают, а элементарные частицы как родились, так в нас и есть. Хотелось бы понять, какими же свойствами обладала та материя, из которой потом образовалась вся Вселенная.

Пока это теоретически не удается описать, и нужны прямые эксперименты. NICA – это тот самый инструмент, который поможет в лаборатории создавать сгустки, пусть и мельчайшие, этой кварк-глюонной материи. 

– На какой стадии проект сейчас?

– В декабре прошлого года нам удалось запустить бустер – укоритель, в котором тяжелые ядра ускоряются, потом они инжектируются в другой ускоритель, там накапливаются. И он показал очень хорошие параметры. А в конце года мы должны провести первый физический эксперимент. Пучки, ускоренные в бустере, будут инжектированы в Нуклотрон. Эта машина уже есть, она модернизирована и готова принять, доускорить и накопить тяжелые ядра. Этот шаг мы сделаем в конце этого года.

А в следующем году будет завершен полный коллайдер, и пройдет первый физический эксперимент. Все идет очень быстро и поэтому приятно, что молодые люди, которые оказываются рядом, осознают, что институт это место, где можно иметь дело с самыми новейшими технологиями, новейшими направлениями.

– Как вы работаете с молодежью? Откуда привлекаете новые кадры и, раз в Дубне Объединенный институт, что с ребятами из других стран?

– Мы рады, что у нас много молодых людей, но не можем сказать, что не испытываем проблем. В мире сейчас идет борьба за молодую талантливую силу.

Как и в других институтах у нас есть кафедры. Есть даже собственный университет в Дубне, который помогает готовить собственные инженерно-технические кадры. По инициативе Юрия Цолаковича Оганесяна, который понимает, что талантливый инженер сегодня может быть важнее, чем физик-теоретик, мы вместе с Бауманским техническим университетом создали Высшую инженерную школу. Есть специальный курс, на который набирают студентов, и первые годы они слушают лекции в Бауманском университете, потом приезжают сюда и работают на наших установках.

Сейчас наши партнеры видят уровень работ. Они стараются направлять не бывалых, опытных людей, а молодежь. Чтобы набирались тут опыта, узнавали то, что трудно будет узнать дома. Поэтому у нас много предложений о приеме таких молодых людей из заграницы.

Молодежь сейчас очень амбициозна, она хочет реализовать себя, и поэтому в первую очередь мы должны показать молодому человеку, что можем помочь ему реализоваться. Молодежь может найти что-то, что сразу захочет освоить – надо дать такую возможность. С другой стороны современным людям нужна полноценная жизнь. Нужны условия, чтобы заниматься спортом, литературой, чтобы была культурная среда. Поэтому мы гордимся тем, что к нам с охотой едут выдающиеся художники и музыканты. Такой крупный международный центр как наш должен быть универсальным, и центром культуры  в том числе. Это требует большого внимания от дирекции, но мы это делаем, потому что это – наша необходимость.

– В 2010-х годах, когда вы возглавляли институт, начались обострения во внешней политике. И этот процесс продолжается до сих пор. Влияет ли внешнеполитическая обстановка на совместные научные разработки?

– Не может не влиять. Россия – это страна местопребывания института, как мы говорим. Уже возникло понимание, что основные роли в развитии фундаментальной науки, за которой идут инновации, будут играть мегапроекты, которые могут служить драйверами общего развития. Сейчас такими драйверами могут служить проекты NICA и Фабрика сверхтяжелых элементов. Мы должны были доказать, что это создаем не для себя, а реализуем проекты, которые будут востребованы мировой наукой. Что они вписываются в тот спектр приоритетов, который оценивает мир.  Для этого надо так подойти к организации работы института, чтобы достигнуть максимальной прозрачности, эффективности, современной организации работ. А это означает – заработать  международный авторитет.

Главный орган, который формирует стратегию, закрепляет то, что мы прорабатываем – это международный ученый совет. С гордостью могу говорить: наш ученый совет, а это 50 человек, это цвет мировой науки. Там люди, которые считают честью дать свое согласие на работу. Это люди, которые имеют всемирно известные научные достижения, люди, которые руководили крупными проектами. И они все с готовностью работают у нас.

Это приводит к тому, что те же санкции перестают быть эффективными в отношении нас, потому что мы не являемся организацией одного государства. Главное, мы должны убедить всех в мире, что мы действительно работаем как международная организация. Что все наши цели связаны с получением результатов для всего человечества. Надо, чтобы все было прозрачно, чтобы мы были открыты к любой критике или к любым предложениям. Одно из величайших богатств нашего института сейчас – высокий международный авторитет.

Наши важнейшие установки: комплекс NICA, Фабрика сверхтяжелых элементов и Байкальский телескоп уже входят в ландшафт фундаментальной физики в мире. Мы являемся элементами мировой стратегии.

– В создании Байкальского телескопа принимали участие порядка десяти организаций из разных стран. Какую роль в создании телескопа играл Объединенный институт ядерных исследований?

– Сама идея таких крупномасштабных детекторов частиц родилась в России и в значительной степени в Дубне. Примерно в то же время, когда организовывали институт. Идею предложили для того, чтобы понять, какую роль нейтрино играет и как можно его использовать.

Нейтрино – очень слабо взаимодействующая частица: теоретики говорят, что она может пронизывать сотни тысяч земных шаров и нигде не застрянет. Идея развивалась, надо было отработать технологию, теорию расшифровки данных, которые вызывает нейтрино, летящий через космос. При этом была задача найти нейтрино сверхвысоких энергий, которые могут являться плодом исключительно экстремальных явлений в космосе. Выяснить условия и причины появления нейтрино сверхвысоких энергий чрезвычайно важно, чтобы понять вообще судьбу Вселенной и судьбу нашего звездного мира.

Для того чтобы провести первые опыты, использовать технологические разработки для создания первого настоящего крупного детектора и потребовалась Дубна. Только в институте смогли поставить задачу нужного масштаба, включить молодых людей, которые могли проработать все элементы. Поэтому, начиная с 2013-го года, Дубна стала реализовывать эту программу как одну из важнейших программ международного института.

Сейчас уже 8 кластеров погружены на дно Байкала. Они выдают данные в режиме реального времени на береговые центры, и первые данные уже фантастические. Уже есть десяток расшифрованных событий, вызываемых нейтрино с энергиями, которые выше, чем сто тераэлектронвольт. Это значит, что в космосе есть объекты, где происходят такие экстремальные процессы, которые современная теория еще не может описать. Понять эти процессы, понять, что там происходит и какие новые взаимодействия реализуются в космосе – это большая задача. Раньше это был плод воображения, фантазия, а сейчас это работает.

– Был ли возможен этот проект силами исключительно российских институтов?

– Опыт подсказывает, что объекты такого масштаба требуют международного сотрудничества. Здесь нужна концентрация интеллекта. Нужно все прорабатывать и оценивать так, чтобы знание действительно было знанием. Международное сотрудничество это сейчас высочайшая оценка, оно позволяет получать знания настолько высокого уровня. Сейчас рождается совершенно новая отрасль знания – нейтринная астрономия. Мы много знаем о Вселенной, получили информацию с оптических и рентгеновских телескопов. А теперь – нейтринные: нейтрино способны принести информацию с больших расстояний.

Когда рассказываем про это студентам или школьникам они спрашивают: «Что можно ждать от нейтрино, если оно так слабо взаимодействует?». Оно слабо взаимодействует с разряженной материей. Например, мы с вами – разряженная материя. Но в звезде, которая находится под давлением сил гравитации, нейтрино играет большую роль.

Посмотрите ночью на звездное небо: вы видите звездные печурки, где нейтрино совершает главную работу – регулирует все горение звезд. Пока звезда не слишком плотно сдавлена гравитацией, нейтрино из самого ее нутра способно выносить энергию – это не даёт звезде перегреваться. Звезда перегревается, когда становится настолько плотно сжата, что даже нейтрино не может вырваться и застревает. Тогда звезда перегревается и взрывается, процесс горения, процессы рождения новых элементов останавливаются.

Природа использует все. Нейтрино – один из главных элементов технологии горения звездного вещества. Важно понимать, какое знание об этих экстремальных процессах оно принесет из космоса.

– В 2020-м году началась пандемия. Как этот год и ограничения сказались на разработках института?

– Это было тяжелое испытание, и оно продолжается. Мы с самого начала все проанализировали и определили, что не можем остановить институт: программы требуют постоянной работы. Мы приняли все возможные меры, чтобы минимизировать опасность для персонала. Создали условия, чтобы часть сотрудников могла продуктивно работать на дистанции. Нельзя остановить работы, когда строится комплекс NICA. Но надо контролировать, чтобы строители соблюдали все необходимые меры безопасности. Пандемия привела к определенным задержкам: в поставках материалов, производстве ряда оборудования.

Но коронавирус показал нам, насколько важна увлеченность коллектива. Атмосфера, когда все двигаются по намеченному пути и ждут результата, позволила минимизировать потери, которые неизбежно возникают в подобных ситуациях. Мы несем ответственность и перед нашими странами-участницами, поэтому должны создать такие условия, чтобы все наши партнеры, приехав в Дубну, чувствовали, что к ним относятся как дома. И основные рубежи, которые мы намечали, успешно пройдены.

Очень не хватает общения: на финансовом комитете – представители 18 стран на экранах. Только несколько человек здесь, в институте. Но даже сейчас остается доверие, без которого нет веры в результат.

Очень важно, что сейчас в институте молодой избранный директор Григорий Владимирович Трубников. Я горжусь тем, что заранее видел, что этот молодой человек, академик, на принципах преемственности продолжит путь развития института. И, может, более высокими темпами.