Павел Владимирович Логачев.
Автор фото: Николай Малахин / «Научная Россия»
Что мы знаем о природе нашего мира? Как эти знания родились и каким образом этому помогли технологии встречных пучков? А чего мы не знаем? Можно ли узнать все — и нужно ли это? Об этом мы говорим с директором Института ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук академиком Павлом Владимировичем Логачевым.
― Сегодня, наверное, вся страна знает об уникальной установке СКИФ ― Сибирском кольцевом источнике фотонов. Но начать разговор я бы хотела с истории института. Когда он возник, в связи с чем, какие задачи стояли перед ним в тот момент?
― История института берет свое начало с конца 1950-х гг. Формально он был создан в 1958 г. внутри Института атомной энергии им. И.В. Курчатова, ныне НИЦ «Курчатовский институт». Так что Курчатовский институт ― это наша альма-матер, та организация, из которой вышел основатель и первый директор ИЯФ Герш Ицкович (Андрей Михайлович) Будкер.
Тематика работ ИЯФ всегда была связана с удивительной технологией, которая впоследствии принесла миру основную часть знаний о современной физической природе микромира. Это технология встречных пучков. Как объяснял Г.И. Будкер первым ученикам физико-математической школы, приехавшим в Академгородок в начале 60-х гг. прошлого века, «чтобы понять, как устроен паровоз, нет лучше способа, как столкнуть два паровоза, летящих навстречу друг другу».
― Опасная история!
― Конечно, это была своеобразная аналогия столкновения частиц. Чтобы понять, из каких «кирпичиков» состоит наш мир, нужно на большой энергии сталкивать уже известные частицы, которыми мы можем управлять. Около 60% информации о Стандартной модели получены в экспериментах на установках со встречными пучками ― на английском языке они называются коллайдерами.
Еще более удивительным оказалось то, что эта фантастически продуктивная методика познания мироздания оказалась не менее продуктивной с точки зрения практических результатов. Это вторая линия развития истории нашего института, не менее значимая и увлекательная, чем фундаментальная наука.
― Но все же давайте про фундаментальную науку. Какие результаты, полученные за эти годы, вы считаете самыми важными и перспективными?
― В ИЯФ были проведены самые точные измерения основных параметров и характеристик различных частиц ― их массы, детали взаимодействия с другими частицами. Около 30% прецизионных измерений элементарных частиц принадлежат Институту ядерной физики, двум нашим коллайдерам. Дело в том, что мы ― единственная организация в мире, в которой начиная с 1965 г. по сей день всегда работал хотя бы один коллайдер или установка на встречных электрон-позитронных пучках. Это единственный в мире пример настолько длительной и систематической работы в области физики высоких энергий.
― Вы сказали, что у вас целая масса прикладных результатов, которые принесли пользу людям. Что вы имели в виду?
― С начала основания ИЯФ здесь была развернута масштабная деятельность по производству промышленных ускорителей, которые в советское время использовались для производства жаростойкой кабельной продукции, стерилизации зерна, для обработки полимерных материалов с целью увеличения их долговечности и прочности.
В советское время специалисты ИЯФ разрабатывали и производили такие ускорители, поставляли их на предприятия и помогали с их эксплуатацией. Впоследствии, уже в российское время, эти установки стали поставляться за рубеж. Сегодня мы занимаем примерно 6% мирового рынка промышленных ускорителей такого типа. По всему миру, включая Россию, работают более 250 наших машин.
Вторая история, которую вы упомянули вначале, ― источники синхротронного излучения. Дело в том, что для установок на встречных электрон-позитронных пучках это излучение вредное. Оно отбирает у частиц энергию, необходимую для процесса аннигиляции ― взаимного исчезновения сталкивающихся частиц и появления новых.
― Но нет худа без добра?
― Именно так. Оказалось, синхротронное излучение имеет широчайший спектр: от терагерцевого, инфракрасного до жесткого рентгена. Это излучение назвали синхротронным, потому что оно возникает при движении электрона по круговой орбите синхротрона. Оно имеет уникальные характеристики, очень полезные для приложений в других исследованиях — например, в материаловедении, в физике твердого тела, в кристаллографии, в минералогии, в молекулярной биологии, в медицине, в фармакологии. Даже археологи пользуются синхротронным излучением в своих исследованиях.
― Интересно, для чего?
― Они, в частности, изучают элементный состав фрагментов арт-объектов и по наличию тех или иных элементов или их изотопов могут сделать выводы об их происхождении. Фактически процесс использования синхротронного излучения в исследовательских целях был запущен благодаря коллайдерам и впоследствии выделился в отдельную область.
Когда в конце второй декады ХХ в. встал вопрос о создании в России установок класса мегасайенс, выбор пал прежде всего на установки, производящие синхротронное излучение. Они востребованы во многих научных направлениях, в большом количестве исследований. Это сыграло ключевую роль в выборе того проекта, который мы сегодня реализуем в Новосибирской области, ― ЦКП «СКИФ».
― Знаю, что у вас создается установка для бор-нейтронозахватной терапии, которая уже скоро будет задействована в НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина в Москве. Сейчас на ней довольно успешно лечат заболевших раком собак и кошек. Эта установка тоже приносит практическую пользу.
― Развитие источников синхротронного излучения имеет 50-летнюю историю, в то время как метод бор-нейтронзахватной терапии был запатентован в США в 1936 г., через три года после открытия в 1933 г. нейтрона. Но все это время не существовало компактного источника нейтронов, который можно было бы поставить в клинику. И только сейчас появилась технологическая возможность создать такое устройство. Мы работали над такой возможностью 30 лет, она возникла не по щелчку пальцев. Чтобы сделать такие технологии надежными и дешевыми, необходимо время. Но мы вышли на этот результат.
Прототип этой машины действует в нашем институте, на нем проводятся доклинические исследования на животных. А вторая установка, которую мы создали тремя годами ранее, успешно работает в КНР. Мы создавали ее с американскими партнерами. В Китае уже проводятся успешные клинические испытания на людях.
Автор фото: Андрей Афанасьев
― Как же так? Почему у нас не идут?
― Мы поставили перед руководством нашей страны вопрос о необходимости развития этого метода в России. И здесь стоит сказать огромное спасибо премьеру М.В. Мишустину с командой, которые быстро откликнулись на нашу просьбу, в результате чего в этом году установка заработает, причем самый сложный ее узел, источник ионов, уже выдал проектные параметры. Это случилось в начале сентября. У нас нет сомнений, что этот аппарат будет готов к монтажу в Москве весной следующего года.
― Как нет сомнений, что скоро заработает СКИФ, построенный в рекордно короткие сроки?
― Да. Ситуация складывается так, что мы работаем в жестких условиях, быстрее, чем на подобных проектах, запускавшихся до нас.
― А почему необходимо работать такими «стахановскими» темпами?
― Много причин. Организация любого большого проекта отнимает очень много времени. А наука не ждет, исследователям нужно работать. Понимая все это, мы стараемся создавать установку в рекордно короткие сроки.
― Вы упомянули о Стандартной модели в физике, объяснившей огромное количество непонятных доселе вопросов. Но ведь сейчас физики говорят о том, что Стандартная модель неполная, ее надо пересматривать или дополнять, потому что остается много загадок. Для вашего института, для вас лично как ученого какие загадки главные?
― Когда мы познаем что-то новое, нам открываются новые вопросы, которые раньше и сформулировать не могли. Сегодня в физике ситуация напоминает конец XIX — начало XX в., когда казалось, что все явления, наблюдаемые нами в эксперименте, мы можем объяснить. Но потом появились целые новые направления физики ― квантовая механика, квантовая физика, релятивистская теория, единая теория взаимодействий. Были предприняты попытки объединить все силы, с которыми мы имеем дело в природе.
Сейчас физика находится на новом витке своего развития. Становится очень важным понимание, почему мир устроен так, как он устроен. Почему есть три поколения элементарных частиц? Связано ли это с тем, что в нашем пространстве три измерения? Каким образом природа сложилась так, что в ее основе находятся константы, различающиеся между собой на колоссальную величину ― почти на 40 порядков? Сегодня не существует непротиворечивой модели внутреннего устройства элементарных частиц, даже самой простейшей, электронной. Очень много вопросов, на которые мы не знаем ответов. Поэтому поле для исследований только расширяется.
― В свете всего сказанного какими вы видите перспективы развития вашего института?
― Я думаю, что у института очень хорошие перспективы. Мы будем и дальше развивать фундаментальные исследования, пытаться выйти на новую физику, для чего потребуется создавать специализированные, работающие на новом уровне точности установки на встречных пучках.
Второе направление ― это давняя мечта человечества, использование термоядерной энергии, создание работающего прототипа термоядерного реактора, который может давать энергию. Здесь мы тоже имеем серьезные достижения в понимании, как и куда двигаться. Нет законов природы, запрещающих сделать такое устройство, и нам обязательно нужно его сделать.
Третье направление ― это специальные инструменты для других исследователей, дающие им абсолютно новые возможности в понимании устройства объектов материального мира. Примеры таких инструментов: источники синхротронного излучения, лазеры на свободных электронах и др.
― У вас на сайте перечислено огромное количество уникальных установок. Есть раздел о фундаментальных исследованиях. Сложно что-то выделить, все очень важно и интересно. А как вы считаете, что в вашем институте главное?
― Главное ― это люди. Лучше всего о людях говорят результаты их деятельности. У нас в институте царит особая атмосфера, в основе которой лежит творчество. Здесь работают не приказы или какие-то другие административные инструменты, а неформальные человеческие отношения. Творческая работа очень непростая, она требует напряжения всех сил. Поэтому здесь не остается сил на бюрократию и формализм. Об этом нужно помнить нашим руководителям ― с какой системой они имеют дело. Рабочий процесс должен предполагать максимальное взаимопонимание людей в коллективе. Без взаимопонимания и творческой атмосферы у нас бы ничего не получилось.
― У вас бывает, когда какой-то научный сотрудник приходит к вам с какой-то идеей и эта идея потом превращается во что-то невероятно продуктивное?
― Конечно, люди всегда должны приходить на работу с идеями. Я всегда стараюсь их поддерживать.
― А у вас в жизни была история, когда вы пришли к предыдущему директору, он вас поддержал — и получилось что-то путное?
― Конечно! Все мои научные работы, в том числе кандидатская и докторская диссертации, посвященные работе с прецизионными пучками электронов для различных целей, были поддержаны и руководством ИЯФ, и моими научными руководителями. Как правило, защиты у нас проходят по экспериментальным результатам.