Знание-сила, 2007 № 03 (957)

Международный линейный коллайдер: на старте большого пути

Выражая мнение многих ведущих ученых современности, Международный комитет по будущим ускорителям при Международном союзе фундаментальной и прикладной физики объявил о решении объединить усилия научных центров мира в создании ускорительного комплекса нового поколения — электрон-позитронного линейного коллайдера (ILC). Это решение обсуждалось прошлым летом на 33-й Международной (Рочестерской) конференции по физике высоких энергий в Москве, в том числе рассматривались варианты размещения ILC в разных странах. На это сегодня претендуют Германия, Россия (Дубна), США и Япония.

Открывая пресс-конференцию, проходившую в рамках Рочестерской конференции в Москве, ее ведущий — сопредседатель оргкомитета, директор ОИЯИ член-корреспондент РАН Алексей Сисакян — ввел присутствующих в тему такими словами: «В области физики частиц за последнее десятилетие произошли поистине революционные открытия, которые изменили представления об окружающей нас природе. На рубеже столетий тоже ожидали неожиданности — казалось бы, устойчиво держалась Стандартная модель, но вдруг выяснилось, что Вселенная на 95% состоит из некой темной энергии, темной материи, и сейчас наступает время новых экспериментов, которые будут проведены на гигантских ускорителях и позволят пролить свет на эти загадки природы...»

Академик Александр Скринский, также сопредседатель оргкомитета Рочестерской конференции, сообщил журналистам, что сейчас в ЦЕРН завершается первый, по сути дела, глобальный проект, в котором участвуют все ведущие страны с достаточно высоким научно-техническим потенциалом и традициями исследований в этой области науки: «Сама по себе эта установка — Большой адронный коллайдер (LHC) — является значительным шагом вперед по тому пределу энергий, который будет достигнут. Но для полного изучения этой области энергий требуются не только сильно взаимодействующие частицы, протоны или ядра, но и встречные пучки электронов и позитронов... И этот электрон-позитронный коллайдер должен быть еще в большей степени общемировым проектом. Конечно, это довольно дорогая машина — несколько миллиардов долларов, и для ее создания требуется немало времени и усилий. Вообще эти машины будут работать параллельно, дополняя друг друга. До окончательного решения: где, как, в каких организационных формах строить эту установку, — дорога длинная. Думаю, десять лет — это оптимальный срок, а потом наступит эпоха сбора урожая с электронпозитронного коллайдера».

Если будет принято решение о строительстве Международного линейного коллайдера под Дубной, на севере Московской области развернутся работы по воплощению этого грандиозного проекта. На карте видно, как планируется протянуть по этой территории пятидесятикилометровый в перспективе тоннель, в котором должен разместиться будущий ускоритель

Директор немецкого исследовательского центра DESY профессор Альбрехт Вагнер дополнил рассказ российского коллеги своим видением особенностей этого мегапроекта: «В последние полгода были выработаны две стратегии — в Америке и в Европе. США должны привлекать международное сообщество для построения этой установки. В Калифорнийском технологическом университете работает большая группа специалистов — 60 человек из разных стран мира под руководством профессора Барри Барриша. Они подсчитают первые денежные затраты, затем перейдут к стадии технической разработки проекта. Вслед за этим настанет очередь политических переговоров и решений.

Несколько слов о том, как мы это будем делать. LHC заработает уже в этом году. В его строительстве принимали участие многие центры, которые находятся в странах-неучастницах ЦЕРН, в том числе в России. ILC — это пока еще проект. В основном сегодня ведутся глобальные проектные разработки, и в течение двух-трех лет предстоит обеспечить политическую поддержку создания коллайдера и начать строительство установки».

— Как вы расцениваете шансы Дубны? Будет ли коллайдер размещен в нашем регионе? — на эти вопросы А. Вагнер ответил так:

— Да, я знаю об этом намерении Дубны. Конечно, это будет политическое решение, и оно зависит от того, насколько заинтересовано правительство вашей страны, сколько средств оно готово вложить в этот проект, какие предоставит условия.

Итак, вернет ли себе Дубна славу мирового центра развития физики элементарных частиц? Ответ на этот вопрос во многом зависит от позиции правительства России, от того, насколько оно готово к поддержке фундаментальной науки и связанных с нею передовых технологий.

Главный инженер Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) член-корреспондент РАН Григорий Ширков, представляющий институт в исполнительной группе ILC, рассказал нашим читателям о ходе реализации этого проекта:

— Беспрецедентная задача коллайдера ILC, техническое осуществление которой стало возможно лишь в нашем столетии, — достичь невиданной до сих пор точности измерений в широком интервале максимальных энергий сталкивающихся частиц (электронов и позитронов). Возможность варьирования энергии имеет ключевое значение для обеспечения максимальной точности измерений.

Создание и успешная работа коллайдера даст возможность получить ответы на многие важнейшие вопросы физики элементарных частиц. Он должен стать уникальным инструментом для наиболее глубокого проникновения в природу материи и изучения ее фундаментальных свойств, исследования пространства и времени, решения вопросов о происхождении массы частиц, темной материи, темной энергии, существования дополнительных измерений в пространстве-времени и так далее.

Создание коллайдера ILC — ускорителя следующего поколения, безусловно, потребует совершенно новых решений и разработок в таких важных областях науки и техники, как ядерная энергетика, ускорительная и криогенная техника, кристаллография, создания новых источников энергии и новых материалов. А это значит, что многие из них найдут свое применение в смежных областях науки и техники, в практической деятельности на благо развития современной цивилизации.

Международный комитет по ускорителям будущего назначил директорат проектной группы, в который вошли известные ученые из стран, потенциально готовых участвовать в создании ILC. В состав исполнительной группы от России входят академик А. Скринский (ИЯФ имени Г.И. Будкера, Новосибирск), член-корреспондент РАН М. Данилов (ИТЭФ, Москва) и я от ОИЯИ как международной межправительственной организации.

Задачи группы состоят в координации ведущихся в разных институтах мира работ по проекту ILC и взаимодействии с политическими и финансовыми институтами стран, участвующих в подготовке проекта. Он сегодня представляется как полностью международный и должен разрабатываться, финансироваться, управляться, обслуживаться и эксплуатироваться в рамках соответствующим образом организованного широкого международного научного сотрудничества.

— Какие основные параметры заложены в этот проект?

— Возможности ILC как нового «супермикроскопа» в микромире определяются так называемой светимостью — полной интенсивностью столкновения частиц в области взаимодействия. Светимость обеспечивается интенсивностью и высокой фокусировкой пучков (5 на 500 нанометров в сечении!) в точке встречи. Достижение подобной точности является уникальной по сложности научно-технической задачей.

Ускорительный комплекс нового поколения потребует новых технических и научных решений, касающихся ядерной энергетики и криогенной техники, создания новых источников энергии и новых материалов, что, несомненно, отразится на развитии смежных отраслей

Для установки на энергию частиц 500 ГэВ длина каждого из двух линейных ускорителей составит 10,6 километра. Последующее увеличение энергии до 1 ТэВ приведет к увеличению длины каждого из двух линейных ускорителей еще на 9,3 километра. В этом случае полная длина двух линейных ускорителей составит около 40 километров и длина всей установки (полная длина туннеля) — около 50 километров.

— Можно ли представить масштабы работ по реализации этого поистине мегапроекта нашего столетия?

— Даже если сравнивать масштабы работ по сооружению ускорителя ILC с завершающимся сейчас в ЦЕРН созданием Большого адронного коллайдера, их можно назвать беспримерными. Широкие межгосударственные связи на всех этапах реализации проекта позволят его участникам взаимно использовать новейшие научные и технологические достижения в своих странах.

К началу 2006 года был подготовлен так называемый документ базовой конфигурации, на основании которого проводится проектирование, оценивается стоимость и формируется физическая программа исследований на ILC. Проект ускорителя прорабатывается учеными и специалистами из ведущих исследовательских центров и проектных организаций Америки, Азии, Европы, включая российские институты и Объединенный институт ядерных исследований.

Стоимость полномасштабного проекта ILC в настоящее время, по оценкам исполнительного комитета, составляет 8 — 9 миллиардов долларов США. Оценка выполнена для длины ILC, равной 50 километрам, на основе экстраполяции оценочной стоимости нереализованного проекта 33-километрового коллайдера TESLA (Германия). Стоимость экспериментальных установок не входит в эту оценку. Затраты на трудовые ресурсы также не учитываются, поскольку предполагается, что они будут покрываться участвующими в проекте организациями. Эта оценка будет скорректирована после окончательной подготовки документа.

— А как выглядят финансовые расчеты в случае, если этот комплекс будет строиться в дубнинском регионе?

— По оценке специалистов Государственного специализированного проектного института (ГСПИ, Москва), общая стоимость в ценах первого квартала 2006 года строительно-монтажных работ, подземных и надземных объектов основного строительства в случае размещения ускорителя в районе Дубны может составить порядка 2,3 миллиарда долларов США, в том числе стоимость сооружения туннелей собственно линейного ускорителя и всех его технологических систем и шахт — порядка 1 миллиарда долларов США. Это должно быть заметно ниже стоимости сооружения ILC в других заявленных для рассмотрения регионах из-за очень благоприятных геологических и географических условий в районе Дубны.

По предварительным планам, страна, которая заинтересована в сооружении ILC на своей территории, должна быть готова к финансированию не менее 30% стоимости реализации проекта.

Международное научное сообщество встретило инициативу по строительству ILC в России, в Дубне, со значительным интересом. Объединенный институт ядерных исследований имеет существенные преимущества и привилегии как международная межправительственная организация и обладает уникальным опытом организации и успешного исполнения крупномасштабных научно-исследовательских проектов на базе широкой кооперации научных центров и промышленных предприятий многих стран. Об этом хорошо известно всем нашим партнерам.

— Вы уже неоднократно выступали на различных международных ускорительных конференциях и совещаниях, излагая эту идею. Каковы основные аргументы в пользу размещения ILC на нашей территории?

— О главном я уже сказал — наличие ОИЯИ, крупнейшего физического центра с квалифицированным персоналом и развитой инфраструктурой как базовой научной и организационной структуры будущего международного научного центра. Это — во-первых. Во-вторых, крайне малозаселенная территория, практически свободная от предприятий промышленности, рек и дорог. На площадке нет биологических заповедников, религиозных и исторических памятников. Трасса ускорительного комплекса не затрагивает национальные парки. Предлагаемое размещение туннелей ускорителя в относительно сухом моренном слое исключает влияние на глубинное распределение подземных вод и не требует дополнительных усилий и затрат на гидроизоляцию тоннеля и других подземных сооружений. К этому можно добавить абсолютную сейсмическую устойчивость и геологическую стабильность района.

В-третьих, равнинный рельеф местности и уникальные геологические условия позволяют разместить ILC на малой глубине (около 20 метров) и вести строительство туннелей, экспериментальных залов и других подземных объектов с наименьшими затратами, в том числе открытым способом.

Чрезвычайно привлекает и уникальная возможность решить вопрос о стоимости приобретения земли. В соглашении между ОИЯИ и правительством РФ, вероятно, будет возможна передача всего участка земли, необходимого для сооружения ILC, в бессрочное бесплатное пользование.

Весьма существенно также то, что в районе строительства ILC есть источники электроэнергии достаточной мощности (ЛЭП 500 кВ, Конаковская ГРЭС, Удомльская АЭС). Хорошо развита система всех видов транспорта и связи — автомобильные и железнодорожные коммуникации, водная артерия (бассейн Волги), создана современная сетевая и информационно-вычислительная инфраструктура, в том числе один из крупнейших в Европе Центр космической связи.

Дубна обладает мощным научным и техническим потенциалом, который развивается сегодня в условиях особой экономической зоны техниковнедренческого типа. Созданная в декабре 2005 года, ОЭЗ обеспечивает льготные условия для разработки и производства наукоемкой продукции. Развитая инфраструктура позволяет дополнительно привлекать в уже сложившийся интернациональный исследовательский коллектив специалистов из научных центров мира, обеспечивая им комфортные условия для работы. Это гарантирует высокое качество исследований на ILC и получение новых научных результатов принципиального научного значения.

Учитывая, что проект ILC рассматривается международным научным сообществом как стратегически приоритетный в области физики высоких энергий, Ученый совет ОИЯИ рекомендовал институту принять участие в подготовке проекта коллайдера и привлекать инвестиции и соответствующие ресурсы в научно-технические разработки. Это должно обеспечить ОИЯИ достойное положение среди организаций, играющих лидирующую роль в проекте ILC. Ученый совет ОИЯИ поддержал идею размещения коллайдера в Дубне. Комитет полномочных представителей стран- участниц ОИЯИ одобрил эти рекомендации. Что касается муниципальных властей, то возможность использования инфраструктуры города Дубны для нужд ILC местной администрацией поддерживается.

— Представим себе, что предложение ОИЯИ принято. И как же будет выглядеть эта огромная стройплощадка?

Характеристики проектируемого электрон-позитронного коллайдера уникальны по сравнению с существующими сегодня установками, что позволит достичь беспрецедентной точности измерений в широком интервале энергий сталкивающихся частиц

— Площадку предлагается расположить в северной части Московской области, к северо-востоку от Дубны. Трасса ускорителя пересекает два небольших населенных пункта и малозагруженную железную дорогу между городами Талдом и Савелово, довольно однородна по высотным отметкам. На некоторых участках — с поверхностным заболачиванием. Материковые (глубинные) грунты устойчивы. Это подтверждено геологоразведкой, производившейся при выборе площадки для сооружения ускорителя У-70. В конце концов, он был сооружен под Серпуховом, но результаты этих изысканий сегодня оказались востребованы, как никогда.

Длина планируемой площадки под строительство ускорительного комплекса составляет около 50 километров, ширина — 1 километр. Основная схема размещения ускорителя предполагает строительство двух параллельных подземных туннелей. Один — для размещения источников питания, накопителей данных, электроники, управляющих и других систем. Во втором туннеле размещаются непосредственно ускоряющие структуры, магнитные элементы для фокусировки пучка и средства диагностики.

— Довольно трудно все же оценить сейчас последствия в случае благоприятного для Дубны, для российского научного сообщества решения этого вопроса...

— Прежде всего надо учитывать, наряду с научным, исключительное экономическое и политическое значение, привлечение к проекту ILC широкого спектра современных технологий, многие из которых отсутствуют в РФ или недостаточно развиты. Подготовка квалифицированных кадров в адекватной научно-инженерной среде, интерес специалистов высочайшей квалификации из российских научно-технических центров и других стран привлекут активную и талантливую молодежь. Реализация проекта подобного масштаба именно в Дубне позволит России на обозримую перспективу стать центром притяжения для ученых всего мира и восстановить наше лидерство в области фундаментальных исследований и физики высоких энергий. И, конечно, нельзя не учесть привлечение значительных внешних инвестиций и финансовых ресурсов на всех этапах реализации проекта и функционирования нового ускорительного центра в течение многих лет.

Следуя рекомендациям Ученого совета и Комитета полномочных представителей, дирекция ОИЯИ разворачивает программу широкого участия сотрудников института в разработке и сооружении узлов и систем нового коллайдера. Большое внимание уделяет этим работам директор ОИЯИ член-корреспондент РАН А. Н. Сисакян, по инициативе которого они были начаты. Уже несколько десятков ведущих сотрудников из разных лабораторий выдвинули свои предложения по участию в работах по ILC. Большинство из них находят интерес и поддержку у наших зарубежных коллег из ведущих научных центров, уже занятых в этих исследованиях. Заметный интерес к этим работам проявляет наша научная молодежь, и это естественно — им работать на ускорителе, который вступит в строй через 15 — 20 лет. Но мне особенно приятно отметить, что неоценимый вклад, свою энергию и опыт по сооружению крупных физических установок вносят наши заслуженные ученые.

Идея разместить международный линейный коллайдер в Дубне находит все больше сторонников в мировом ускорительном сообществе благодаря как потенциалу ОИЯИ, так и уже достаточно серьезным проработкам, о которых я лишь вкратце рассказал. Год назад ОИЯИ посетил профессор Брайан Фостер (генеральный директор исполнительной группы ILC в Европейском регионе), который детально знакомился с научными и технологическими возможностями института, его ускорительной базой. В июле прошлого года на очередном совещании группы в Ванкувере и на международной конференции по коллайдерам будущего, которая состоялась в Дубне, это предложение было воспринято достаточно серьезно. Не стала исключением из этого ряда и проходившая последним летом в Москве 33-я Международная конференция по физике высоких энергий, в рамках которой состоялось очередное заседание Международного комитета по ускорителям будущего.

Конечно, сейчас невозможно точно оценить вероятность размещения ILC в России, в окрестностях нашей Дубны. Сегодня мы должны приложить все усилия для того, чтобы этот очень важный для престижа не только ОИЯИ и Дубны, но и всей российской науки проект был реализован у нас. Но в любом случае, при любом размещении ILC самое широкое участие наших сотрудников на начальном этапе работ необходимо для обеспечения полноценного представительства физиков ОИЯИ в экспериментах на главной физической установке будущего в области физики высоких энергий и фундаментальных исследований.

Материал подготовил Евгений Молчанов.

Александр Зайцев