Что такое «Си-тау фабрика» в Новосибирске и зачем она России

Мы продолжаем рассказ о шести мегапроектах, претендующих на получение финансирования от правительства России. Один из них – «Ускорительный комплекс со встречными электрон-позитронными пучками “Си-тау фабрика”» в Институте ядерной физики (ИЯФ) СО РАН.

Новосибирский проект коллайдера комментирует известный петербургский физик Дмитрий Дьяконов.

«Си-тау фабрика» – это разработанная и спроектированная в Институте ядерной физики СО РАН установка, в которой электроны и позитроны (то есть антиэлектроны; вики) ускоряются навстречу друг другу практически до скорости света, крутясь по овальным траекториям в трубах с глубоким вакуумом. В одном месте пучки электронов и позитронов пересекаются. Электроны и позитроны с высокой энергией сталкиваются, аннигилируют, то есть уничтожают друг друга, но в результате рождаются другие элементарные частицы, большинство которых в нормальных условиях в природе не существует. В месте пересечения пучков устанавливают большой и сложный детектор частиц, начинённый хитроумной современнейшей электроникой, – он и должен рассказать нам, как живут, взаимодействуют и распадаются новые, иногда совсем неведомые частицы.

В частности, рождаются частицы, состоящие из c-кварка (от английского слова charm, шарм, очарование; вики), и так называемый τ-лептон (вики) – почти копия обычного электрона, но с массой в 3500 раз больше. Энергия сталкивающихся частиц – от 1 до 2,5 ГэВ (гигаэлектронвольт) на пучок – оптимальна для рождения большого числа c-кварков и τ-лептонов. Отсюда необычное название ускорителя – «Си-тау фабрика». По существу, «Си-тау фабрика» задумана как огромный микроскоп, с помощью которого физики будут разглядывать, как устроена природа на фундаментальном, микроскопическом уровне.

Институт ядерной физики в Новосибирске гордо носит имя академика Герша Будкера, который 50 лет назад был первопроходцем, создателем именно этого типа ускорителей, где сталкиваются электроны и позитроны с высокими энергиями.

За прошедшие десятилетия в ИЯФ СО РАН построено несколько успешно работающих установок этого типа; всё время изготовляют и более мелкие ускорители для коммерческого использования.

Значительная часть технологических решений, взятых теперь на вооружение во всём мире, родом из Новосибирска, например знаменитая «сибирская змейка» для стабилизации ускоряемых пучков, изобретение Ярослава Дербенева (лауреата премии Роберта Уилсона за 2011 год.) и Анатолия Кондратенко. В «Си-тау фабрику» заложены новые блестящие физико-инженерные решения. В частности, будет достигнута рекордная светимость в точке пересечения пучков, а сами пучки будут продольно поляризованы (светимость – это количественная характеристика того, как много столкновений частиц в секунду удастся наблюдать). И то и другое крайне важно для получения максимальной научной информации из событий электрон-позитронной аннигиляции.

Поэтому нет сомнений, что в случае принятия решения о финансировании фабрики она будет построена и успешно введена в эксплуатацию – это гарантирует высокая и адекватная квалификация новосибирцев. Однако, принимая решение о финансировании дорогого научного проекта, следует учитывать и его конкурентоспособность на мировом рынке знаний, возможности сопутствующих научно-технических применений и другие аспекты.

Следует прямо сказать: основные научные факты в области знаний, на которую претендует «Си-тау фабрика», уже получены на других установках. Это две так называемые «Би-фабрики» (B-factory, от названия частицы B-мезон; вики): BaBar в Америке и Belle в Японии. Они работали около десяти лет при большей энергии столкновения, но меньшей светимости. Обе фабрики уже прекратили работу, но продолжается анализ полученных результатов. Эти две установки дали огромную научную информацию в ранее не исследованной области (и привели в итоге к присуждению Нобелевской премии в 2008 году. – STRF.ru). Продолжает работу «Си-тау фабрика» BEPC в Пекине с той же энергией; она будет, по-видимому, модернизирована до BEPC II с большей светимостью (хотя всё равно меньшей, чем планируется в Новосибирске). Работает и выдаёт много результатов детектор LHCb (вики) на Большом адронном коллайдере (БАК) в Женеве, который отчасти нацелен на ту же физику, что и новосибирская установка. Планируется построить новые установки Belle-II в Японии и Super-B factory в Италии, рассчитанные на большую энергию столкновения и сравнимую или даже большую светимость.

Таким образом, «Си-тау фабрике» в Новосибирске предстоит работать при жёсткой конкуренции с другими аналогичными установками в мире, причём в условиях, когда научные «сливки» в этой области уже сняли.

Это не означает, что потенциал открытий исчерпан, – остаётся ещё много интересных и важных фундаментальных вопросов, ответы на которые не получены, но извлекать их будет нелегко. Некоторые конкурентные преимущества Новосибирску дают упомянутые выше рекордная светимость и поляризация сталкивающихся пучков. Также следует записать в «плюс» огромный опыт работы на электрон-позитронных коллайдерах.

Сотрудники ИЯФ СО РАН имеют также большой опыт работы на аналогичных зарубежных установках. Однако у всех этих преимуществ Новосибирска есть свои пределы.

В этой связи следует посмотреть и на сопутствующие аспекты «Си-тау фабрики». Любой ускоритель электронов (и позитронов) по совместительству – мощный источник синхротронного излучения (вики) – ультрафиолетового света, рентгеновских и гамма-квантов, что находит широкое применение в изучении вещества – от различных материалов до биологических структур. «Си-тау фабрика» не будет исключением, и источник синхротронного излучения получится мощным – судя по току в пучках, примерно раз в десять мощнее, чем на уже существующем источнике синхротронного излучения в Курчатовском институте (вики). В Новосибирске имеется большой опыт работы с синхротронным излучением, поэтому следует ожидать, что появление «Си-тау фабрики» дало бы этим исследованиям новый импульс.

Это может служить дополнительным аргументом в пользу строительства «Си-тау фабрики».

Однако синхротронному излучению посвящён отдельный мегапроект – источник специализированного синхротронного излучения 4-го поколения ИССИ-4, представленный Курчатовским институтом. В принципе, специализированный источник потому так называется, что он оптимизирован именно для получения большого потока излучения, что на ускорителях типа «Си-тау фабрики» является лишь побочной целью. Но мне не удалось найти физических и технических параметров ИССИ-4, поэтому сравнение затруднительно.

Как я упомянул, в Курчатовском институте уже действует источник синхротронного излучения (кстати, разработанный и построенный сотрудниками ИЯФ СО РАН), но, судя по сообщениям СМИ, он фактически не используется по полной программе. К тому же Россия подписала меморандум о сотрудничестве с Европейским центром синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле (сегодня самым мощным в мире), а также участвует в постройке Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (XFEL) в Гамбурге. Поэтому целесообразность строительства ещё одного очень дорогого источника рентгеновского излучения ИССИ-4 в Курчатовском институте представляется мне проблематичной.

Кто его будет строить? Опять новосибирцы? (А больше ни у кого в нашей стране на сегодня такого опыта нет.) Но ведь и уже построенный новосибирцами и функционирующий источник синхротронного излучения в Курчатовском институте не загружен.

Подводя итоги, хочу сказать, что строительство «Си-тау фабрики» мне представляется осмысленным, хотя и с оговорками, и с условиями, которые следует обсуждать. Строительство же источника специализированного синхротронного излучения ИССИ-4 мне пока кажется малоосмысленным, если не будет приведено серьёзных аргументов обратного.

Справка: Дьяконов Дмитрий Игоревич, заведующий сектором, заместитель директора отделения теоретической физики Петербургского института ядерной физики имени Б. П. Константинова, профессор Санкт-Петербургского академического университета, доктор физико-математических наук

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.5 (2 votes)
Источник(и):

STRF.Ru