Девушка рассказала, над чем смеются ядерные физики и что будет, если
взорвать коллайдер
Сибирячка Дарья Дорохова пишет программу для легендарной установки СКИФ
— самого современного в мире источника синхротронного излучения — и популяризирует
науку среди друзей
— Это Даша, она ядерный физик.
— Да
ла-а-адно?
К такой реакции новых знакомых Дарья уже привыкла. К вопросам из серии
«А не вырастет ли у тебя хвостик от радиации?» — тоже. Девушка была еще
студенткой, когда в Новосибирске только заговорили про строительство уникальной
установки СКИФ — Сибирского Кольцевого Источника Фотонов. Сегодня же принимает
непосредственное участие в амбициозном проекте российской науки — пишет программу,
которая поможет создать внутри гигантского кольца ускорителя идеальные условия
для движения частиц. Основы ядерной физики Дарья может объяснить даже детям.
Мы запускаем новый проект о самых увлекательных технических специальностях:
заглянем в лаборатории, пообщаемся с молодыми учеными без заумных терминов и
развеем популярные стереотипы. Насколько безопасно находиться в коллайдере?
Могут ли физики создать черную дыру? И каково это — работать над проектом, аналогов
которому еще не было в мире? Рассказывает Дарья Дорохова, аспирантка Института
ядерной физики имени Г. И. Будкера — это Сибирское отделение Российской
академии наук.
— СКИФ
называют установкой поколения 4+, он будет круче Большого адронного коллайдера?
— Сравнивать сложно, все-таки задачи у них разные. Коллайдер — это
установка, в которой ученые сталкивают частицы: электроны и противоположные по
знаку позитроны — а затем фиксируют всё, что родилось в месте столкновения. У
нас в Сибири, в Институте ядерной физики, тоже есть два коллайдера — ВЭПП-4 и
ВЭПП-2000, в разы меньше, чем Большой адронный коллайдер, но уже давно
доказавшие свою надежность и точность работы.
Пока СКИФ строится и готовится к запуску, Дарья с командой проводят
исследования на существующем оборудовании и заставляют пучки циркулировать в
ускорителе при помощи вот таких огромных магнитов.
А СКИФ — не коллайдер, а источник фотонов. Он будет генерировать
особое, синхротронное излучение. То есть частички никто не сталкивает — они
разгоняются, летают по кольцу, теряют энергию в магнитном поле, и вот эта
энергия излучается в виде света. Он может быть разный: в рентгеновском и
инфракрасном диапазонах, например. С помощью этих сверхъярких пучков света
биологи, химики и другие ученые смогут с недостижимой ранее детализацией и
точностью исследовать различные образцы: от горных пород до живых организмов.
Можно будет, например, расшифровать структуру белка и изучать объекты
микронного масштаба. Разрабатывать лекарства, создавать высокопрочные материалы
для авиации — установка откроет массу возможностей. Мы сейчас сотрудничаем с
различными институтами, и я уже вижу, как у ребят чешутся руки.
— Уже скоро
всё будет готово?
— Работы ведутся очень активно, но многое еще предстоит настраивать,
компенсировать — невозможно построить ускоритель так, чтобы с первого же
запуска пучок полетел как надо. Для физиков-ускорительщиков задача предстоит
веселая. Нам нужно ускорить пучок электронов до определенной энергии, чтобы они
летали и излучали как можно дольше — и у пользователей было достаточно времени
на необходимые эксперименты. Разгоняем частицы мы с помощью электромагнитного
поля. Огромные магниты расположены по периметру кольца, и если хоть один
чуть-чуть смещен, повернут не так — это скажется на времени жизни пучка.
Скажем, по плану он должен летать 4 часа — а в итоге умирает, не прожив и
минуты. В таком случае исследование не удастся.
Я сейчас пишу программу, которая поможет найти и устранить ошибки магнитных
элементов, причем с первых же оборотов. И если мы увидим, что в определенном
месте какая-то точка сильно отклоняется — уберем эти возмущения и дальше сможем
сглаживать незначительные отклонения другими алгоритмами. Причем выяснилось,
что возможностей для применения моего метода гораздо больше: можно будет не
только найти отклонения, но и рассчитать так называемые оптические функции
ускорителя, повлиять на работу фокусирующих магнитных линз — словом, мы сможем
еще точнее настроить установку, сделать ее работу более стабильной. Так что
готов уже задел на докторскую диссертацию.
— Сейчас
программа еще в процессе?
— Да, я надеялась, что всё заработает с первого запуска. Но всё
оказалось не так радужно. Ведь пока сам СКИФ не готов, мы тестируем программу
на ВЭПП-4. Он уже «старичок» и работает не всегда стабильно. То есть нельзя
один раз сделать измерения и потом на них опираться — мы как первопроходцы,
каждый раз заново исследуем. Как говорит мой преподаватель: «Если твоя
программа заработает на ВЭПП-4 — это заработает вообще везде».
— Итак, если
магниты не настроить правильным образом, то пучки «умирают». А сложно будет
создать новый, как они «рождаются»?
— У нас есть целый инжекционный комплекс, в котором есть источники для
производства электронов и позитронов. Мы им звоним: «"Постреляйте" в
нас». Накапливаем пучки, которые они нам отправляют, ускоряем их до нужной
энергии, запускаем в кольцо ВЭПП-4 и делаем измерения. Чем больше оборотов мы
зафиксируем, тем точнее будут результаты измерений. У нас есть специальный
режим, который позволяет записывать 8 тысяч оборотов пучка.
— Целых 8
тысяч… Много времени на это уходит?
— Мгновение, ведь частицы движутся со скоростью света. За секунду пучок
успевает сделать 818 тысяч оборотов, но наше оборудование пока что способно
зафиксировать сотую часть. В минуту мы делаем несколько измерений. В моем
методе по пучку еще надо ударить — так мы создаем колебания, и я смотрю, что
стало с пучком, сохраняю эти данные и затем обрабатываю. В месте, где градиент
магнитного поля отличается от расчетного, пучок меняет траекторию. Также может
происходить ситуация, когда он летел красивый и плоский, как блинчик, — а потом
из-за отклонений в градиенте попал в резонанс, раздулся и сделал «бдыщ». И вот
моя программа сможет такие ошибки отлавливать.
— Сложно
общаться с людьми, далекими от науки? Бывают ли странные вопросы или какие-то
стереотипы, которые приходится разбивать?
— Самый популярный вопрос: «А правда, что в коллайдере можно создать
черную дыру?» Ну ребята, вы серьезно… Это ж какую энергию надо забабахать!
Может, когда-нибудь в далеком-далеком будущем, а пока — извините, но нет.
Или вот мое любимое: «А если подорвать коллайдер, что будет?» Ну что будет
— не будет коллайдера. Радиацией всех точно не накроет, не зря же говорят, что
даже на улице фонит выше, чем у нас. Радиационный фон внутри установки
рассеянный, если только кто-то не встанет прямо под пучок. А еще часто
спрашивают, не вырастет ли у меня хвостик, — пока не вырос.
На вопросы знакомых, не вырастет ли у нее хвостик от радиации, Дарья
только смеется: по работе ей с коллегами часто приходится бывать внутри
коллайдера, и это действительно безопасно
В коллайдере безопасно. Когда не летают пучки, туда спокойно водят на
экскурсии студентов и школьников. Он у нас небольшой, всего 366 м. В ЦЕРНе
вот планируют построить огромный Future Circular Collider (FCC) на 100 км.
И китайцы тоже разрабатывают 100-километровый коллайдер CEPC. У нас
многие ученые работают в коллаборациях с этими проектами, я и сама в начале
аспирантуры некоторыми расчетами для них занималась. Это будет фабрика рождения
тяжелых бозонов: за счет большого периметра получится набрать огромную энергию
и рождать в столкновении такие частицы. Результаты экспериментов либо подтвердят
существующую Стандартную модель строения нашей вселенной, либо сподвигнут
ученых строить новые теории. Вообще, конечно, в голове не укладывается пока,
как это возможно. И очень интересно понаблюдать за строительством нашего СКИФ.
Хочу увидеть, как там будут устанавливать магниты — каждый весит несколько
тонн.
— После
работы над столькими знаковыми проектами чувствуешь ли себя «молодой ученой»?
Старшие коллеги, наверное, давно воспринимают на равных?
— Сейчас приходят новенькие аспиранты, они ко мне пытаются обращаться
на «вы» — мне 28, и звучит как-то непривычно. Вообще здорово, что всё больше
молодых людей приходит в науку — будет кому двигать прогресс и перенимать
накопленный опыт.