Название этого подмосковного города стало символом выдающихся открытий в отечественной науке. Во времена СССР за работой физиков-ядерщиков следила вся страна, и даже школьник знал и мог (спасибо Алле Пугачёвой!) выговорить слово «синхрофазотрон». Именно в Дубне были впервые синтезированы 10 сверхтяжёлых элементов, включая самый последний на данный момент элемент таблицы Менделеева – оганесон, названный в честь нашего выдающегося физика Юрия Оганесяна.
Эксперимент, похожий на фокус
- Григорий Владимирович, последний, 118-й, элемент был синтезирован ещё в начале «нулевых». Что дальше? Периодическая таблица закончилась?
- Нет, конечно. По современным представлениям, в ней должно быть 170-175 элементов. Последний известный нам природный стабильный элемент – это уран, он имеет номер 82. Всё, что дальше, приходится создавать искусственно.
Чтобы синтезировать новый элемент, учёные бомбардируют (облучают) большим количеством ядер мишень из очень тяжёлых элементов. Синтез последних 4-5 элементов шёл долго, лет 15. Основная причина в том, что крайне мала вероятность того, что элемент возникнет. Плотность вещества и в пучке, и в мишени должна быть очень высокой.
Мишень для нас синтезируют американские партнёры: у них сейчас самый мощный в мире нейтронный реактор, он нарабатывает эту мишень минимум полгода. Это огромные затраты - на электроэнергию, на персонал, на само вещество. А пучок, которым бомбардируем, мы получаем на предприятии Росатома. И мишень, и пучок – это миллиграммы вещества. Дальше начинается эксперимент. На то, чтобы синтезировать, например, московий (115-й элемент), ушло 8 лет. Всё это время циклотроны работали, но за 8 лет мы получили всего 24 события. То есть три события в год! Это очень мало. Юрий Оганесян со своей командой задумался и понял, что нужно двигаться другим путём. Была построена лаборатория, оснащённая ускорителем с большей интенсивностью - чтобы не три события в год происходило, а три в день. Это циклотрон с уникальными параметрами. С конца 2020 г. он начал работу, а лаборатория получила название «Фабрика сверхтяжёлых элементов». Она позволит нам перейти к синтезу новых элементов - 119-го, 120-го, 121-го. Первые пристрелочные эксперименты начнём в конце этого года.
Есть второй момент. Чтобы синтезировать новые элементы, нужно изучить химические свойства тех, что были получены до них. А для этого надо продлить время их жизни. Сверхтяжёлый элемент живёт миллисекунды. Понятно, что ни о каком изучении свойств говорить тут не приходится. Фабрика сверхтяжёлых элементов позволит нам увеличить время их жизни. Она даст статистику почти на два порядка больше, чем у наших зарубежных коллег.
- С точки зрения обывателя это выглядит, словно некий фокус. Новый элемент возникает на доли секунды и исчезает. Физики ждут этого события годами, потом пишут огромные научные труды, получают за это премии, а самого элемента нет – он давно исчез. Какая от всего этого польза, например, народному хозяйству?
- Одно из прикладных применений – ядерные фильтры для очистки крови, лечение онкологических заболеваний с помощью радиофармпрепаратов. Это искусственно синтезированные изотопы, которых нет в природе. Сейчас такое лечение доступно в любом региональном центре. В опухоль в специальной капсуле помещается изотоп, и за счёт его распада и выделения радиоактивного излучения опухоль погибает.
Но о прикладном применении многих технологий учёные в момент их возникновения даже не догадываются. Приведу пример: в конце 1970-х в Европейском центре ядерных исследований был ускоритель, для которого разработали специальное стекло, реагирующее на инфракрасное излучение. Оно было нужно для детектора частиц. Никто тогда не подозревал, что оно пригодится где-то ещё. А сейчас такие стёкла стоят на всех гаджетах, мы их называем тач-скринами. То есть эта технология, которую физики когда-то изобрели для своих нужд, ждала 20 лет, пока талантливый бизнесмен не придумал устройство, которое реагирует на тактильные касания пальцем - смартфон. И теперь такие устройства используют даже в начальной школе для обучения.
- Неужели элементы, возникающие на миллисекунды, тоже могут найти прикладное применение?
- Через 15-20 лет наверняка. Как я сказал, о прикладном значении той или иной технологии поначалу невозможно догадаться. Кроме того, экономика зачастую к ней не готова - должно пройти время, чтобы возник спрос, появилась ниша.
Например, на коллайдере NICA, который мы скоро запустим, стоят детекторы, которые могут давать временное разрешение с точностью до пикосекунды - это 10-12 секунды. Где они будут в дальнейшем применены, пока трудно сказать. Но можно предположить. Современная спутниковая навигация даёт возможность зондировать поверхность Земли с точностью до 5-10 см. В ней используется наносекундная электроника. А когда появятся детекторы, работающие в пикосекундном диапазоне, из космоса можно будет распознавать объекты с точностью до 1-3 мм. Нужно это или нет? Конечно, нужно! Самая простая и «приземлённая» задача – безопасность, борьба с терроризмом. На их основе можно будет сделать системы распознавания образов (например, лиц в метро), которые будут работать в 10 раз быстрее, чем нынешние.
Магнит для молодёжи
- Учёные говорят, что упомянутый вами коллайдер NICA произведёт прорыв в «новую физику». Его даже называют «младшей сестрой» Большого адронного коллайдера. Что именно он даст?
- В мире всего 6 коллайдеров. Вообще, коллайдер - это устройство, в котором сталкиваются частицы. Каждый из них – это огромная установка с циклом жизни от 30 до 50 лет. Большой адронный коллайдер был создан для того, чтобы сталкивать частицы и раскалывать их на минимальные компоненты материи - на данный момент это кварки. У нашей установки NICA другие задачи – не просто столкнуть и расколоть частицы, а приблизить их на минимальное расстояние, чтобы они какое-то время «поварились», «покипели» вместе. Мы хотим «сварить этакую кашу» из кварков и глюонов, это позволит нам изучить те процессы, которые претерпевала Вселенная в первые микросекунды после Большого взрыва. Это одна из фундаментальных загадок, безумно интересная - понять, как образовалась ядерная материя и почему она такая, какой мы её наблюдаем. NICA – это своеобразная «машина времени». Сталкивая плотные, тяжёлые ядра, мы возвращаемся на 14 млрд лет назад, когда возникла наша Вселенная.
Но это фундаментальная наука. А если говорить о прикладной, то NICA будет в первую очередь решать задачи для нужд медицины и радиобиологии. Это использование пучков ядер как для лечения онкологических заболеваний, так и для подготовки к длительным космическим экспедициям – скажем, на Марс. Ведь прежде чем отправить туда живой организм, нужно убедиться, что его мозговая деятельность не будет нарушена в течение этих 3-4 лет. Облучая биологические ткани и животных (мышей, приматов), учёные оценят, как может повлиять космическое излучение на высшую нервную деятельность, на поведение, на работу центров зрения, слуха, осязания. На днях у нас пройдёт первое совещание большой международной коллаборации, где ключевыми партнёрами являются учёные, работающие на международные космические программы, а также лучшие нейробиологи и радиоонкологи мира.
Ещё одно применение пучков - материаловедение и исследование радиационной стойкости электронных компонентов. Для того, чтобы спутники связи и другие аппараты надёжно и устойчиво работали на орбите, их электроника должна быть защищена от космического излучения. Коллайдер NICA поможет защитить эти чипы. Наконец, есть такое направление исследований, как криогеника, работа со сжиженными газами. Мы на коллайдере используем гелий, азот, неон, водород при температурах, близких к абсолютному нулю. Технологии, которые «Газпром» сейчас применяет на Сахалине и Ямале для сжижения газа, были получены здесь, в Дубне. Сейчас этот сектор экономики: получение, хранение и транспортировка сжиженных газов, - активно развивается. Речь не только о природном газе, но, например, о водороде – он нужен для водородной энергетики.
- Одна из проблем российской науки – продолжающаяся «утечка мозгов». Проекты, подобные NICA, могут её решить?
- Безусловно. Такой мегапроект – это магнит для талантов. Когда комплекс будет запущен (а в полную силу он заработает в 2023 г.), он привлечёт около 2 тыс. новых специалистов. Это огромная цифра. И все эти люди будут делать науку здесь, на территории Российской Федерации, хотя физически не обязательно все будут находиться в Дубне.
На NICA поедут молодые учёные со всего мира. Но выгоду получит не только наука. В создании этого коллайдера активно задействована российская промышленность. Более 70% всего оборудования изготовлено в нашей стране, на предприятиях от Северодвинска до Урала и даже Владивостока. Этот проект не просто создаёт рабочие места – он вытаскивает промышленность на совершенно другой уровень технологий. Почему? Потому что те параметры, которые предъявляются к изготовленному оборудованию, опережают лет на 5-7 то, что сейчас может делать наша промышленность. Производя оборудование по нашим заказам, предприятия поднимают у себя уровень технологий. Это исключительно важная история для экономики страны.
- Вы сказали, что мишени для ваших экспериментов делают в США. Сложная политическая обстановка как-то отражается на научном сотрудничестве?
- Мы этого не ощущаем: как сотрудничали, так и сотрудничаем. Более того, партнёрская сеть ОИЯИ растёт. В этом году к нашим проектам впервые присоединились американские университеты - до этого мы работали с их национальными лабораториями и научными институтами.
Понятно, что у каждого государства есть своя политика, но в отношениях между учёными никакого похолодания не чувствуется. Более того, могу сказать, что политики заинтересованы в том, чтобы между учёными не было барьеров. Вот смотрите. Когда, например, встречаются два президента, у них есть некая повестка - список вопросов, которые надо обсудить. И едва ли её всегда можно назвать позитивной. Скорее всего, на 90% она состоит из вопросов, которые не имеют простого решения. Но в этой повестке обязательно будет несколько вопросов с позитивным исходом - это наука или культура. Умные политики всегда сохраняют их.
- То есть наука помогает сглаживать углы, служит средством дипломатии?
- Точно. Наука – это такой мостик в глобальной политике, с которого начинается любое потепление охлаждённых отношений. В этом её особая миссия.