Академик РАН Александр Сергеев рассказал о новых целях российской науки

- Александр Михайлович, под вашим научным руководством работает недавно созданный при поддержке госкорпорации "Росатом" Национальный центр физики и математики (НЦФМ). Главная цель НЦФМ – прорывное развитие физики и математики, что в результате поможет создать опережающие технологии. Определены ли уже конкретные задачи, которые будут решать российские ученые в НЦФМ? - Да, для научной программы НЦФМ нами выбраны десять направлений. Семь из них по физике, три – по прикладной математике и информационным технологиям. - Давайте поговорим о физике. Каким образом эти направления определялись? - У нас есть видение, в каких направлениях мы ждем прорывов и где может появиться так называемая "новая физика". Конечно, поле современной физики необъятно, поэтому другим критерием отбора было наличие у нас сильных научных школ, интересных заделов и уникальных установок. Ученые всегда ожидают открытий, связанных с достижением новых экстремальных значений физических параметров – энергии ускоренных частиц, мощности лазерных импульсов, напряженности магнитных полей. Здесь у нас уже сейчас есть инструментарий, а будет появляться и новое оборудование с параметрами, которых нет ни у кого в мире, например, лазер эксаваттного (10 в 18-й степени Ватт) уровня мощности. - Что вы хотите получить с помощью этого оборудования? - Я поясню на примере лазерного излучения. Современные лазеры, в том числе те, которые есть у нас в стране, позволяют достигать высоких мощностей, интенсивностей, яркостей. Это связано с тем, что мы умеем концентрировать энергию лазерного излучения в пространстве и во времени. Мощность - это энергия, деленная на время и площадь, в которую вы сумели энергию сконцентрировать. Чем меньше длительность импульса и меньше область фокусировки в пространстве - тем больше вы получите интенсивность, яркость. Когда мы говорим о высоких интенсивностях, мы говорим о сильных и сверхсильных электрических полях. Цель исследований в направлении высоких плотностей энергии заключается в том, чтобы как можно ближе подойти к предельному полю, когда мы в условиях лабораторного эксперимента будем взрывать вакуум и получать из него вещество и антивещество. - Получается, вы хотите из "ничего" - то есть, вакуума - создать "Вселенную" - то есть, вещество? - Можно и так сказать. Но вообще мы хотим разрушить вакуум и узнать, из чего он состоит. Есть теоретические представления о том, что вакуум - это море виртуальных частиц: электронов, позитронов и так далее. Мы хотим это проверить. Если хотите, изучить структуру вакуума. У нас есть очень хорошая экспериментальная база в стране, чтобы развивать направление сверхмощных лазеров, двигаясь от петаваттного (10 в 15-й степени Ватт) к экзаваттному лазеру. Кстати, чтобы почувствовать "экстремальность" наших планов, замечу, что импульсная мощность уже работающего в России лазера PEARL приблизительно в 100 раз больше мощности всех электростанций, работающих на нашей планете. Отдельно хотелось бы сказать об экстремальных характеристиках в области сверхсильных магнитных полей. По магнитным полям наш Федеральный ядерный центр (РФЯЦ-ВНИИЭФ в Сарове, входит в "Росатом" и служит основной базой НЦФМ) больше двадцати лет держит мировой рекорд по величине полей – 28 Мегагаусс (магнитное поле Земли около 0,5 Гаусс). Поля достигнуты с помощью взрывных генераторов магнитных полей. Этот рекорд до сих пор не превзойден никем в мире, он по-прежнему за нашей страной, и это направление мы хотели бы продвигать дальше. - Что позволяет изучить или открыть сильное магнитное поле? - Сильные магнитные поля интересны, например, тем, что с их помощью удобно изучать новые вещества и материалы - в том числе полупроводниковых гетероструктур и сверхпроводников. Таким образом можно найти материалы с уникальными характеристиками. На территории НЦФМ будет создана лаборатория с целой линейкой таких супермагнитов, и наши ученые смогут привозить туда для измерений образцы своих новых материалов. Это особенно необходимо сейчас, когда зарубежные лаборатории закрыли для наших ученых возможности подобных экспериментов. - Какие еще направления вы намерены развивать? - Изучение частиц - из них состоит микромир. В XIX веке считали, что элементарные частицы - это атомы. На этом знании построена таблица Менделеева, и мы достигли большого успеха, систематизируя таким образом химические элементы. Это и есть облик микромира, который мы с вами имеем на уровне атомов. Потом мы узнали, что в этих атомах есть электроны и ядра. Сейчас мы знаем, что ядра состоят из протонов и нейтронов, а протоны и нейтроны состоят из кварков. - Вы хотите сказать, что кварки тоже можно расщепить? - Кварки подвержены превращениям, в которых рождаются другие частицы. Природа бесконечна. Стремление глубже понять микромир - "а что там дальше?" - это "вечный двигатель умами физиков". Кварки и другие элементарные частицы входят в существующую сейчас Стандартную модель - в ней то, что мы понимаем об устройстве мира сегодня на уровне кварков, электронов, позитронов, нейтрино. Существующая Стандартная модель является низкоэнергетическим пределом чего-то более общего. Чтобы это более общее познать, надо увеличивать в экспериментах, скажем, энергию сталкивающихся частиц – нужны новые коллайдеры. - Нужен коллайдер размером с экватор земного шара? - Кстати, физики об этом задумывались. Было рассчитано, что для создания ускорителя электронов и позитронов до энергии в 1015 электронвольт нужно создать кольцо размером с окружность земного шара. Однако это очень дорого. Гораздо дешевле построить коллайдеры-фабрики. - Что это такое? - Это коллайдеры, на которых можно получать как можно больше столкновений частиц в единицу времени, столкновений, которые запускают определенные цепочки превращений одних частиц в другие с возможностью их детального, статистически надежного наблюдения. Чтобы иметь не одно или несколько событий в год, как это было, например, когда открыли бозон Хиггса. Должен быть создан коллайдер с высокой светимостью, который за счет больших токов и правильной фокусировки частиц позволяет чаще взаимодействовать электронам с позитронами. Дальше мы предполагаем, что будет собрана большая статистика, которая сможет нам дать выход за пределы Стандартной модели, показать путь в новую физику. В том числе, попытаться детектировать сигналы существования темной материи. Мы хотим создать к 2030 году супер-фабрику-коллайдер со светимостью на два порядка выше достигнутой в существующих сегодня машинах. Это одно из направлений в рамках нашей программы. - В природе такие взаимодействия где происходят? - Какие-то из них идут в звездных системах. Но чаще их относят к первым мгновениям существования Вселенной. - А холодный термоядерный синтез вы будете изучать? - Нет. Возможно, в рамках научного направления "Физика взрыва" мы будем диагностировать явление под названием "сонолюминесценция", с которым пытались связать холодный термояд. Много научных скандалов было на этом пути. Сонолюминесценция – это свечение, которые возникает при схлопывании пузырьков в холодной среде. Светимость при этом соответствует горячей плазме. До сих пор не понятно, что там происходит. Пузырьки и пузыри интересуют многих и в связи с изменением климата, ведущим к деградации вечной мерзлоты. Речь идет о газогидратах. - Это скопления газа, которые, взрываясь, оставляют после себя гигантские воронки, как на Ямале? - Да. В современных условиях, когда происходит деградация вечной мерзлоты, происходит высвобождение метана из этих газогидратов. Этот газ, выделяясь, образует пузыри, которые ведут себя порой очень опасно. Они могут коллапсировать. Это происходит по-разному под водой и под землей. В последние годы действительно все чаще обращают внимание на появление в областях деградации вечной мерзлоты кратеров - огромных воронок, которые по энерговыделению очень опасны. Если там рядом населенный пункт или разрабатываемое месторождение - взрыв может разрушить все. Наша задача - смоделировать условия появления такого пузыря и его дальнейшего поведения. Кроме того, объем метана в таких газогидратах огромен, поэтому они потенциально рассматриваются как будущий источник полезных ископаемых. - В мире сейчас множество научных групп изучают нейтрино. Неужели вы пройдете мимо этого направления? - Не пройдем. Это наше шестое направление, которое мы называем тритиевым. Это особенные нейтрино, которые получаются из-за естественного распада трития. Мы планируем создать новые детекторы низкоэнергетических нейтрино на основе жидкого гелия и будем пытаться определить массу и магнитный момент нейтрино. Это фундаментальная задача. И седьмое направление – это лабораторная астрофизика и геофизика. Это возможность в лаборатории воссоздать процессы, которые идут в недрах звезд, планет, в межзвездном пространстве, в ионосфере, в верхних слоях атмосферы. Мы об этих процессах пока знаем очень мало. - Какие именно процессы? - Например, молнии. Их тайна до сих пор остается неразгаданной. Это направление интересно, поскольку сейчас становится ясно, что с атмосферным электричеством и электрической активностью в оболочке нашей планеты связано очень многое. В том числе ответ на вопрос о возникновении жизни. Живые системы сформировались в условиях земного давления, атмосферы, океана, суши, а также и в условиях земного электричества. Существуют серьезные основания думать, что именно атмосферное электричество существенным образом повлияло на фундаментальные процессы жизни на Земле. Много разговоров в последние десятилетия ведется о магических частотах около 10 Гц, которые влияют на работу живых систем, как низших, так и высших, в том числе имеющих нервную систему. Оказывается, если принять во внимание электрические свойства нашей ионосферы, между поверхностью Земли и этим слоем плазмы существует некий резонатор, который "выделяет" вполне определенные частоты - шумановские резонансы. Эти частоты оказывают влияние на протекание живых процессов. Сейчас это явление активно исследуют. - Вы перечислили 7 направлений развития физики в рамках НЦФМ на ближайшие годы. Говорят, что при формировании этой программы у ученых "загорелись глаза", так как появилось впечатление, что стране действительно понадобилась наука, работающая на опережение. Работа по этим направлениям уже начата? - Да. Завершился этап "быстрого старта" научной программы НЦФМ, когда в кооперации РФЯЦ-ВНИИЭФ и 54 других научных и образовательных организаций страны получены первые результаты мирового уровня. На 2023-2025 годы намечено создание новых лабораторий на площадке НЦФМ в открытой зоне Большого Сарова. К 2030 году запланировано создание трех установок мега-сайенс, научного института с 2 тысячами сотрудников и академгородка с 10 тысячами жителей.