Немецкое правительство поддерживает эксперимент TESLA

Предисловие переводчика.

В то время как российские власти развили бурную деятельность по сокращению научных исследований и уменьшению числа образованных людей в стране, в то время как правительство США в борьбе за контроль над нефтяными богатствами Ближнего Востока уничтожает историю человечества (например, 14-го апреля 2003 года сгорела Национальная библиотека Ирака в Багдаде и уничтожена Библиотека Коранов, в которой хранились тысячелетние фолианты!), правительство Германии, напротив, проявляет интерес к развитию фундаментальной науки в своей стране. Этот интерес вызван не только и, увы, не столько желанием следовать идеалам Возрождения, но, в гораздо большей степени, прагматическими причинами. Ведь хорошо известно, что развитие фундаментальной науки ведет к повышению качества высшего и среднего образования. Это, в свою очередь, прямо отражается на развитии производства (не только высокотехнологичного) и экономических успехах страны. А страну с развитой экономикой и высоким уровнем жизни обходят стороной потрясения, уважают соседи, с интересами такой страны считается мировое сообщество. То есть прагматическая польза от развития науки очевидна.

Помимо и даже гораздо важнее пользы прагматической является, если можно так сказать, польза общечеловеческая, общегуманитарная. Человек разумный отличается от животного именно тем, что некоторые из человеческих особей обладают так называемым абстрактным любопытством и абстрактной тягой к прекрасному. Например, изучение элементарных частиц или квазаров не несет никакой непосредственной выгоды ученому. Квазар на хлеб не намажешь, кварк в банк не положишь. Однако всегда находятся такие люди, которые за небольшое вознаграждение, гораздо меньшее того, которое они бы имели, работая, например, аналитиками в банке или занимаясь новыми методами шифрования секретных президентских сообщений, готовы изучать квазары и удивительные свойства кварков. Готовы потому, что это ИНТЕРЕСНО и ТАИНСТВЕННО. В области искусства за примерами тоже далеко ходить не надо. М.А. Булгаков писал "Мастера и Маргариту" не ради публикации, денег и официальной славы. Наоборот, ничего хорошего последний роман опальному писателю не сулил. Просто Михаил Афанасьевич не мог не писать то, что ему писать БЫЛО ИНТЕРЕСНО. Именно наличие подобных людей, в конечном счете, оправдывает существование человеческой цивилизации. Оправдывает и дает надежду на дальнейшее развитие и совершенствование человека как в моральном, так и в умственном отношениях. Возможность подобного развития неизмеримо выше любой сиюминутной выгоды.

Ниже сетевым читателям будет представлена небольшая заметка из международного журнала по физике высоких энергий "CERN Courier" Vol.43, N3 за 2003 год, которая в оригинале носит название "German government pronounces on TESLA projects". Поскольку неспециалисты в области физики высоких энергий вряд ли слышали о проекте TESLA, то сначала имеет смысл дать весьма краткую информацию о новом и достаточно амбициозном ускорительном проекте.

Проект линейного электрон-позитронного коллайдера TESLA (TeV Energy Superconducting Linear Accelerator, что на русский язык можно перевести как Сверхпроводящий линейный ускоритель ТеВных энергий) появился несколько лет назад. Проект предполагает создание к 2011 году в немецком ускорительном центре DESY (Гамбург) гигантского линейного электрон-позитронного коллайдера с энергией сталкивающихся частиц в системе центра масс равной 500 ГэВ и с возможном последующим ее увеличением до 800 ГэВ. Это примерно в два с половиной раза больше, чем максимальна энергия сталкивающихся электронного и позитронного пучков на ускорителе LEP в CERNе (Швейцария-Франция). До настоящего времени именно LEP был самым большим в мире электрон-позитронным коллайдером. Следует напомнить, что LEP прекратил свою работу в конце 2000 года. Сейчас в туннеле LEPа ведется монтаж протон-протонного коллайдера LHC на энергию 14 ТэВ в системе центра масс сталкивающихся протонов. Запуск LHC намечен на весну 2007 года.

Длина линейного ускорителя TESLA составит 32,8 км. Это примерно на шесть километров больше, чем длина окружности коллайдера LEP (или LHC). Туннель линейного коллайдера должен иметь в диаметре около пяти метров и будет проложен под землей на глубине от 10 до 30 метров. Согласно проекту, светимость коллайдера TESLA будет превосходить максимальную светимость ускорителя LEP на три (!) порядка.

Рис. 1 Масштаб линейного электрон-позитронного коллайдера TESLA в сравнении с крупным промышленным центром Германии городом Гамбург. Маленький красный кружочек показывает размеры крупнейшего в Германии ускорителя — электрон-протонного коллайдера HERA.

Центральную роль в физической программе ускорителя TESLA играет точное измерение характеристик бозона Хиггса. Предполагается, что бозон Хиггса (если он существует в природе) будет открыт в первом десятилетии XXI века либо на работающем в настоящее время протон- антипротонном ускорителе Tevatron (FNAL, США), либо на протон-протонном ускорителе LHC, когда последний вступит в строй. Однако точное измерение массы, времени жизни, сечения рождения, парциальных ширин распадов и константы, характеризующей взаимодействие бозонов Хиггса между собой, возможно только на электрон-позитронном коллайдере при взаимодействии точечных лептонов и в отсутствии гигантского фона адронных струй, который осложняет любые точные измерения при высоких энергиях на адронных машинах. Например, масса бозона Хиггса, которая сейчас предполагается лежащей в диапазоне от 115 до 250 ГэВ, на ускорителе TESLA может быть измерена с точностью 50-70 МэВ! Точность измерения других параметров бозона Хиггса должна оказаться в районе пяти процентов. Подробнее о поисках бозона Хиггса на ускорителе TESLA можно узнать из статьи И. Иванова "Физика хиггсовского бозона на будущих фотонных коллайдерах".

Большое внимание в физической программе линейного электрон-позитронного коллайдера уделено прецизионному изучению свойств Z-бозона и пока еще гипотетических суперсимметричных частиц. Таким образом, измерения на ускорителе TESLA должны, по замыслу ученых, проверить и дополнить исследования, сделанные на адронных машинах. Подобная стратегия является прямым следствием логики любого серьезного естественнонаучного исследования.

Проекты аналогичных электрон-позитронных коллайдеров следующего поколения выдвигаются в США (Next Linear Collider в ускорительном центре SLAC) и в Японии (Japan Linear Collider в ускорительном центре KEK). Изюминкой проекта TESLA в сравнении с конкурирующими проектами линейных коллайдеров является строительство рентгеновского лазера высокой светимости на свободных электронах. Этот лазер является органичной частью коллайдера TESLA. Для своей работы лазер будет использовать электронный пучок, который генерирует рентгеновское излучение высокой интенсивности при прохождении специально разработанных ондуляторов. Лазер рассчитан на прикладные исследования в области нанотехнологии. Одновременно рентгеновский лазер смогут использовать от двадцати до тридцати исследовательских групп. Кроме того, в отличие от NLC и Л.C, в коллайдере TESLA для ускорения электронов и позитронов планируется использовать 21024 специальных сверхпроводящих ускоряющих резонатора, поддерживаемых при температуре 271 градус ниже нуля по шкале Цельсия. В резонаторах будет создано переменное электромагнитное поле с частотой 1,3 ГГц. Сверхпроводящие резонаторы могут создать ускоряющий градиент, превышающий 25 МэВ/м, что позволит достигнуть энергий сталкивающихся лептонов в 500 ГэВ. Уже сейчас на отдельных образцах резонаторов в лабораторных условиях удалось получить ускоряющий градиент, равный 42 МэВ/м.

Рис. 2 Часть туннеля ускорителя TESLA. Желтым на рисунке обозначены сверхпроводящие резонаторы и вспомогательные компоненты охлаждающей их системы.

Хочется специально отметить, что проект TESLA — не единственный прект DESY, поддерживаемый Правительством Германии. Существует еще проект переоборудования накопительного кольца PETRA в источник синхротронного излучения. Кроме того, Германия формирует примерно четверть бютжета европейского ускорительного центра CERN и, по неофициальным данным, на 70 процентов финансирует работу Объединенного института ядерных исследований в Дубне (Россия).

Упоминающийся далее в тексте заметки проект ускорительного комплекса GSI является данью работам в области физики низких энергий. Теперь читатель может перейти непосредственно к заметке из журнала "CERN Courier".

Н. Никитин

Пятого февраля немецкое Федеральное Министерство образования и науки дало зеленый свет европейскому проекту строительства рентгеновского лазера TESLA в DESY. В то же самое время, эти действия служат залогом продолжения правительственной поддержки проекта линейного коллайдера TESLA и являются признанием того факта, что решение относительно местоположения такой машины должно быть принято на международном уровне. Решение министерства является частью программы поддержки крупных проектов в области фундаментальных исследований. На реализацию программы выделено 1,6 миллиардов евро. Помимо финансирования создания рентгеновского лазера TESLA программа включает в себя одобрение строительства нового ускорительного комплекса GSI в Дармштадте.

Из необходимых для создания рентгеновского лазера 673 миллионов евро Немецкое правительство выделит научному центру DESY только половину. Оставшиеся средства немецкий ускорительный центр должен получить от заинтересованных в строительстве лазера партнеров из Европы. Для этого необходимо создать соответствующую финансовую, организационную и технологическую структуры. Целью данных структур будет принятие в течение двух лет решения о целесообразности строительства рентгеновского лазера. И, в случае положительного вердикта, осуществление проекта в течение следующих шести лет.

Министерство также признало важность создания в Германии линейного коллайдера TESLA и согласилось оказать долговременную финансовую поддержку проектно-конструкторским работам специалистов DESY в этой области. Правительственная поддержка позволит DESY продолжать занимать одно из ведущих мест среди мировых научных центров и влиять на принятие фундаментальных решений в области физики элементарных частиц во всем мире.

Директор DESY Альбрехт Вагнер (Albrecht Wagner) (Н.Н.: следует заметить, что 8 мая 2002 года профессору Вагнеру была присуждена степень почетного доктора Московского государственного университета; после окончания процедуры присуждения директор DESY прочел интереснейшую лекцию "TESLA — a New Tool for Science") приветствовал решение немецкого правительства: "Возможность реализовать рентгеновский лазер TESLA как европейский проект открывает для ученых DESY новые возможности", сказал он после объявления решения министерства. "Теперь DESY может продолжать на долговременной основе интенсивные международные исследования как в области строительства линейного коллайдера, так и в области исследования элементарных частиц". Профессор Вагнер подчеркнул, что решение немецкого правительства подтверждает "всемирное признание достижений коллаборации TESLA".

Для оформления статьи были использованы рисунки с официального сайта коллаборации TESLA и из архива журнала "CERN Courier"

При написании "Предисловия переводчика" использовалась информация из статьи I.Flegel, "TESLA project goes public", "CERN Courier", Vol.41, N5, pp.20-24, 2001.

Обозрение Николая Никитина "Неизбежность странного микромира"