Цивилизация
«Радиоастрон»: прошло четыре года
— В этом году исполняется четыре года, как в космос был запущен радиотелескоп «Радиоастрон». Когда же, наконец, по его результатам появятся публикации в Nature и Science?
— «Радиоастрон» исследует процессы, происходящие в таких объектах, как квазары (самые яркие и древние объекты Вселенной), пульсары (быстро вращающиеся нейтронные звезды), исследует межзвездную среду, мазерное излучение областей звездообразования. Например, оказалось, что яркость ядер далеких галактик заметно превосходит теоретический предел. Причина этой аномалии до сих пор не ясна, и согласия среди астрономов нет. Совершенно неожиданный результат принесли исследования межзвездной среды: удалось обнаружить, что при распространении сигнал рассеивается на ее неоднородностях, возникают мелкие «пички». Это позволило ученым восстановить информацию о свойствах облаков газа и пыли на пути распространения излучения. Мало того что такая информация интересна сама по себе, вдобавок она позволяет более точно определить параметры сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики.
Благодаря «Радиоастрону» в России был создан ряд уникальных технологий.
Из наиболее ярких успехов — вывод на орбиту и раскрытие крупнейшего телескопа за всю историю астрономии, а также работа в космосе активного водородного стандарта частоты, изготовленного в Нижнем Новгороде.
Список публикаций по «Радиоастрону» очень широкий: ведущие отечественные журналы «Астрономический журнал» и «Космические исследования», европейский Astronomy & Astrophysics, высокорейтинговый американский Astrophysical Journal. Наши коллеги готовят статьи для подачи в журналы Nature и Science, пожелаем им успеха. Но это не должно быть самоцелью: пионерская работа Гинзбурга и Ландау по сверхпроводимости была опубликована в советском ЖЭТФе.
«Миллиметрон»: после 2020 года
— А какова судьба проекта «Миллиметрон»?
— Это принципиально новый прибор, там требуются охлаждение зеркала телескопа до температуры жидкого гелия (и это в космосе!), принципиально новые электроника и методы передачи сигнала. В отличие от «Радиоастрона», он будет работать не на сантиметровых (диапазон длин волн спутникового телевидения), а на миллиметровых волнах. Уменьшение диапазона увеличит разрешение, картинка станет еще более четкой.
Первые звезды и галактики, квазары, формирование и эволюция галактик, газопылевые облака, структура и физика областей вокруг черных дыр, физика сильнейших взрывов во Вселенной, даже поиск внеземной жизни — вот неполный перечень задач «Миллиметрона».
Мы увидим объекты, которые сегодня остаются для радиоастрономов спрятанными из-за поглощения и рассеяния длинных радиоволн. Есть надежда, что с помощью нового телескопа мы сможем получить более точную информацию по квазарам, включая предсказанную теоретиками тень центральной сверхмассивной черной дыры. Понимание того, какие процессы происходят в активных ядрах галактик, из чего они состоят, очень важно для фундаментальной науки. В них очень мощные гравитационные поля, и увидеть, что в них происходит, другими методами наблюдения невозможно. Не исключено, что миссия частично решит вопрос темной материи. Мы до сих пор не знаем, что это такое, как она распределена.
Дата запуска в космос пока окончательно не утверждена, мы надеемся на интервал 2020–2025 годов.
ФИАН — головная организация этого проекта, мы отвечаем за научную составляющую и координируем работу всех участников. Узлы и отдельные части телескопа изготавливаются на разных площадках, в том числе и зарубежных. Иностранные коллеги помогают с микроэлектроникой и радиационностойкой аппаратурой.
Санкции науке не мешают
— Как в нынешней сложной политической обстановке развивается это сотрудничество?
— Недавно к нам приезжал руководитель Итальянского космического агентства Роберто Батистон. Он подтвердил, что несмотря на непростую международную обстановку научно-технические связи между нашими странами будут укрепляться.
В научных группах «Радиоастрона» более двухсот ученых из двадцати стран мира, в наблюдениях регулярно участвуют крупнейшие радиотелескопы не только России, но и Европы, США, ЮАР и ряда других стран.
Как и раньше, в ФИАН регулярно приезжают ведущие иностранные ученые с научными докладами и официальные делегации, что крайне важно для развития текущих проектов и задела на будущее.
Современная наука очень интернациональна, она может развиваться только при активном международном сотрудничестве. Да, прикладные исследования необходимы для развития технологий и зачастую имеют перспективы двойного назначения: такие проекты, безусловно, должны выполняться на национальном уровне.
Но фундаментальная наука национальной сегодня уже быть не может, особенно в области крупных проектов.
Если 30 лет назад страны сами строили ускорители и большие установки, независимо друг от друга выполняя исследования, то сейчас картина сильно изменилось. Общая тенденция такова: в мире функционируют научные центры, вокруг которых собираются ученые со всех стран, предлагают и реализуют свои идеи — как ЦЕРН в Швейцарии и ИТЭР во Франции. ФИАН с самого начала активно участвовал и продолжает участвовать в работе крупных коллабораций, ведущих исследования на Большом адронном коллайдере — ATLAS и СMS, в разработке и поддержке функционирования их детекторов, в анализе и интерпретации полученных данных, что привело к обнаружению бозона Хиггса в 2013 году. Я недавно встречался с Фабиолой Джианотти, которая с 1 января 2106 года заступает на пост директора ЦЕРН. Мы закрепили целый ряд позиций по текущим совместным проектам. Из приоритетных задач — продолжение исследований бозона Хиггса, участие в предстоящем апгрейде детекторов ATLAS и СMS, исследование гравитационных свойств антиматерии.
Детекторы — это, по сути, основная исследовательская часть ускорителя. Они окружают область столкновения пучков протонов, фиксируя рождение новых частиц, в том числе и бозона Хиггса. Отмечу, что одна из внутренних частей детектора ATLAS — трековый детектор переходного излучения — это разработка ФИАНа, наша группа отвечает за ее функционирование и анализ данных. Детектор участвует в общем сборе данных и позволяет восстановить треки частиц, рождающихся при столкновении. В 2020 году в рамках крупного проекта апгрейда мы приступим к замене и модернизации частей детектора.
— Как они будут усовершенствованы?
— Там серьезно меняется концепция регистрации, что связано с значительным увеличением яркости сталкивающихся пучков и соответствующим ростом количества рождающихся частиц. За последнее время развились кремниевые технологии. Если сейчас в детекторах для регистрации используются тонкие газовые трубки, то в будущем они будут заменены на кремниевые стрипы — очень тонкие пластинки. После столкновения пучков протонов новая частица оставляет в них за собой зарядовый след, по которому ученые устанавливают точку зарождения частицы и рассчитывают ее энергию. Эти параметры позволяют восстановить события, которые начались в момент столкновения пучков. Так, собственно, и был найден бозон Хиггса.
В чем-то схожая задача реализуется нами в рамках космического проекта «Гамма-400», который включен в федеральную космическую программу как один из приоритетных.
Проект «Гамма-400» — российский вклад в поиск темной материи
— Расскажите подробнее о «Гамме-400»?
— Этот проект был инициирован лауреатом нобелевской премии Виталием Лазаревичем Гинзбургом. Основная цель — поиск распадов возможных частиц темной материи. Одна из идей заключается в том, что темная материя представляет собой некие тяжелые, участвующие только в гравитационном и слабом взаимодействиях частицы, которые могут распадаться на два гамма-кванта аналогично одному из каналов распада бозона Хиггса. Планируется вывод на орбиту спутника, где будет установлен детектор на основе силиконовых стрипов и калориметра для измерении энергии частицы. Детекторы разрабатываются как нашими итальянскими партнерами, так и коллегами из России. ФИАН координирует ведение проекта и его научные задачи.
— В чем особенность проекта «Гамма-400»? Есть ли аналогичные проекты в мире?
— Сейчас несколько стран работают над телескопами, которые фиксируют излучение в гамма-диапазоне. Зарубежные аналоги в основном «видят» кванты в диапазоне относительно малых энергий, до 30 мегаэлектронвольт. В этом диапазоне никаких особенностей, связанных с возможным распадом частиц темной материи, не обнаружено. Но «Гамма-400» сильно расширяет этот диапазон, энергия квантов может достигать 400 гигаэлектронвольт — более чем в 10 тыс. раз больше. Плюс энергетическое и угловое разрешения нашего телескопа будет значительно выше. Благодаря «Гамме-400» ученые смогут более детально понять, из какой точки пространства прилетела та или иная частица. Это тоже приблизит нас к пониманию природы темной материи, даст возможность однозначно идентифицировать возможные источники излучения.
— А вот как бы вы объяснили непосвященным людям, что даст понимание природы темной материи?
— Человека всегда интересовали вопросы бытия, откуда мы происходим, как возник наш мир. Несмотря на стремительное развитие науки, загадок становится не меньше. Например, почему мы состоим из материи, а не из антиматерии? В рамках принятой физиками теории эволюции Вселенной на ранней стадии она должна была пройти через эпоху инфляции и радиационного доминирования, количества материи и антиматерии, «рожденные» после этого, должны быть одинаковы. Если это так, то куда делась антиматерия? Это совершенно непонятно. Еще один вопрос — это структура того, что нас окружает. Есть указание на то, что есть какая-то темная неизлучающая материя. По движению космических тел, по наблюдению расширения можно сделать вывод, что эта субстанция обладает мощной гравитацией и большой долей массы Вселенной. Может быть, изучение темной материи даст нам новые знания о природе гравитации, которую мы сегодня не до конца понимаем.
— А кстати, как вы относитесь к альтернативным моделям, которые пытаются описать проблему темной материи, например к модифицированной ньютоновской динамике (МОНД)?
— Теория, предложенная в 1983 году израильским физиком Милгромом, объясняет аномальное распределение скоростей звезд относительно центра Галактики без привлечения концепции темной материи. Вместо этого им было предложено внести поправки в классические ньютоновские уравнения движения, что также может объяснить наблюдаемое распределение скоростей. Несмотря на то что поведение большинства галактик хорошо описывается данной теорией, есть и исключения — например, в случае сталкивающихся галактик. Также надо отметить, что в других экспериментах отклонений от законов Ньютона пока не обнаружено. МОНД остается интересной гипотезой, привлекая внимание к проблеме темной материи. Мы подходим к этой проблеме с другой стороны, пытаясь обнаружить частицы темной материи.
Проблемы молодежи
— Как у вас в институте в целом с молодежью? В недавнем интервью «Газете.Ru» советник президента России по науке Андрей Фурсенко сетовал, что молодежь не хочет идти в руководители...
— Молодежи в институте довольно много, и это результат активного взаимодействия с ведущими вузами, работы нашей фиановской аспирантуры и активной позиции руководителей научных подразделений, выполняющих передовые разработки. Основной молодежный контингент — сотрудники в возрасте до 35 лет, студенты и аспиранты. Только в аспирантуре ФИАНа у нас около 70 человек, большая часть которых потом остается работать в институте. Всего в штате ФИАНа чуть меньше двухсот молодых сотрудников, из них больше половины — кандидаты наук.
К сожалению, сохраняется острая проблема «среднего возраста» — 40–50-летних сотрудников, которые призваны составлять наиболее активное ядро в управлении научными исследованиями и формировании перспективного облика института.
Объяснение этому, помимо очевидных демографических проблем, лежит, на мой взгляд, чисто в практической плоскости. При входе в 40-летний возраст заканчиваются все целевые программы, поддерживающие молодых исследователей, а материальные потребности сильно возрастают, поскольку человек находится в самой активной фазе жизни, растит детей, создавая крепкий фундамент для семьи. Один из путей решения этой проблемы — продвижение сотрудников по научной и административной лестнице. Нужно, чтобы они защищали докторские диссертации, активно и самостоятельно руководили работой научных подразделений, реализовывали свои идеи. Человек начинает действительно работать и вкладываться с того момента, когда он чувствует ответственность. В такой системе заинтересованы и те, с кем мы работаем, наши партнеры, фонды, заказчики. Они тоже хотят видеть ясную перспективу и иметь дело с активными научными коллективами. Такие примеры есть везде, в том числе и в ФИАНе, надо их умножать.
Сейчас все более и более просматривается нацеленность и государства, и научных фондов, и промышленных партнеров на результат. Это правильная понятная тенденция, ставшая еще более актуальной в настоящее время.
Вот пример современного взаимодействия, нацеленного на создание новых приборов и технологий. Заказчик говорит: «Есть приоритетная задача. Вы готовы участвовать? Мы готовы ее профинансировать». Приглашаем его к нам в институт, он смотрит, какие есть лаборатории, что они собой представляют. Если он видит, что кадровый потенциал есть, то, скорее всего, он сделает у нас заказ на те или иные научные разработки. Речь зачастую не идет о конечной продукции, но это должен быть результат, который можно «пощупать», важна реализация принципов. Это становится все более важным, особенно в разрезе современных приоритетов. При этом я не вижу большой угрозы фундаментальным разработкам, которые всегда шли рука об руку с решением практических задач, подпитываясь оттуда и прокладывая наиболее перспективные пути развития.
Хочу все-таки отметить решающую роль государства на начальной траектории развития научного сотрудника.
Сегодня крохотные стипендии, изменение системы аспирантуры с перебросом вектора с научных исследований на образование отнюдь не стимулируют развитие кадров науки, в последние пару лет вновь начался активный отток наиболее ярких студентов за рубеж. Да, сегодня есть хорошие планы, в том числе и у нашего учредителя, Федерального агентства научных организаций, по поддержке молодежи, но в современной обстановке необходимы быстрые решительные меры. Иначе мы и дальше будем пожинать те плоды, о которых упоминал Андрей Александрович Фурсенко.
Томографы и передача энергии
— Про фундаментальную науку мы с вами поговорили. А какие практические результаты есть у ФИАНа?
— Ядерная физика привела к появлению и развитию ядерной медицины. Наш сотрудник, член-корреспондент Владимир Балакин, блестяще реализовал идею протонных ускорителей, с помощью которых можно эффективно лечить рак. Скоро начнутся клинические испытания, с использованием нашего оборудования будут лечить пациентов.
Еще у нас в институте успешно развивается программа по созданию российских томографов. По своим характеристикам они не уступают зарубежным аналогам. В ближайшее время планируется выход на широкое производство. Также есть ряд оригинальных разработок и направлений. Создан изящный компактный томограф для обследования конечностей, которым можно оснастить любую небольшую клинику.
В нашем Центре коллективного пользования мы проводим исследования высокотемпературной сверхпроводимости, которые интересны как с фундаментальной, так и с практической точки зрения. Теория сверхпроводимости не исключает появления нового класса сверхпроводников, может быть, даже работающих при комнатной температуре. Такие сверхпроводники — мечта Виталия Лазаревича Гинзбурга. Если их удастся создать, это будет революцией в проблеме передачи энергии на дальние расстояния. Сегодня по обычным проводам электричество передается на расстояния до 1 тыс. км, потом начинаются большие потери. А если у нас будут подходящие высокотемпературные проводники, мы сможем обеспечивать солнечной электроэнергией, выработанной в высокогорье или степных солнечных областях, европейскую часть России.
Конечно, в интервью невозможно описать все работы, которые выполняются в ФИАНе — полифизическом институте, насчитывающем около 2 тыс. сотрудников. Впереди нас ждет еще очень много интересных и важных задач, и я нисколько не сомневаюсь, что XXI век будет не менее щедр на открытия в области физики, чем век двадцатый.