Частица Харькова в открытии «частицы Бога»
На минувшей неделе было объявлено, что британцу Питеру Хиггсу и бельгийцу Франсуа Энглеру была присуждена Нобелевская премия по физике за «теоретическое открытие механизма, который обеспечил понимание происхождения масс элементарных частиц».
Речь идет об открытии века, предсказанном Хиггсом еще в 1964 году, — существовании элементарной частицы, определяющей наличие массы у материи. В соответствии с современной теорией, именно благодаря этой элементарной частице вся материя нашей Вселенной приобрела определенную массу, а значит, и физическое существование. Вот почему за этой частицей закрепилось, кроме научного названия «бозон Хиггса», образное определение «частица Бога».
Говорят, 84-летний профессор Хиггс не верил, что его открытие получит экспериментальное подтверждение уже при его жизни, но в июле 2012 года ученые ЦЕРНа — Европейского центра ядерных исследований — объявили об открытии частицы, имеющей характеристики «частицы Бога».
Ловили таинственный бозон на границе Швейцарии и Франции в кольцевом тоннеле (длиной 27 километров) на ускорителе под названием Большой адронный коллайдер. 9300 сверхмощных магнитов здесь разгоняют до скорости света и сталкивают между собой пучки протонов. Так происходит путешествие на миллиарды лет назад, которое могло бы пролить свет на тайну рождения нашей Вселенной.
Современные эксперименты по изучению элементарных частиц исключительно сложны и требуют огромного количества инструментальных тонкостей. Например, для измерения энергий пролетевших частиц часто используются сцинтилляционные материалы — особые кристаллы. А первыми получили кристалл с теми техническими характеристиками, которые обеспечили детектирование бозона Хиггса, в Харькове, в Научно-технологическом комплексе «Институт монокристаллов» НАН Украины, в лаборатории, которой много лет руководила кандидат химических наук Людмила Лаврентьевна Нагорная.
Ее ученица, научный сотрудник Института сцинтилляционных материалов, Входящего в состав НТК «Институт монокристаллов» Ирина Тупицына рассказала газете «Время»:
— Еще в самом начале проекта по созданию Большого адронного коллайдера перед научным сообществом встала задача, какие же выбрать детекторы. Это должен был быть очень радиационно прочный кристалл, работающий в полях с высокой радиоактивностью, способный регистрировать частицы очень высоких энергий, причем очень быстро, ведь счет идет в наносекундном диапазоне.
В те годы в Японии такой кристалл пытался получить профессор Кобаяши. У него получился не очень качественный кристалл, имеющий окраску. Мы же в нашем институте тогда как раз вырастили ряд кристаллов: вольфрамат свинца, двойной вольфрамат натрия висмута, исследовали их параметры и пришли к выводу, что наиболее подходящий материал для регистрации очень высоких энергий — это монокристалл вольфрамата свинца (PWO).
В 1992 году на конференции в Швейцарии Людмила Лаврентьевна представила доклад с нашими результатами. Она продемонстрировала очень качественный кристалл и показала, что его характеристики: плотность, радиационная стойкость и способность обнаруживать высокоэнергетические частицы, — гораздо лучше известных на тот момент материалов.
И сегодня в мире нет ни одного ученого, занимающегося сцинтилляторами, который не исследовал бы этот материал и не написал бы статью, посвященную различным его свойствам. У нас в институте даже шутили, что Людмила Лаврентьевна, «во-первых, озадачила весь мир, а во-вторых, разорила несколько заводов». Потому что на момент выбора кристалла для проекта Большого адронного коллайдера фаворитами были фторид бария и фторид цезия. Они себя очень хорошо показали в предыдущих проектах. Но они не работали при столь высоких энергиях, а предприятия для их производства за рубежом уже построили…
Компактный мюонный соленоид CMS (от англ. Compact Muon Solenoid) — один из двух больших универсальных детекторов элементарных частиц ЦЕРНа. Около 3600 человек из 183 лабораторий и университетов из 38 стран, включая Украину, составляют коллаборацию CMS, которая построила детектор и в настоящее время работает с ним.
В детекторе использовано свыше 100 тонн кристалла PWO (80 тысяч элементов!). И на сегодняшний день этот кристалл остается лучшим для регистрации частиц в экспериментах по физике высоких энергий.
В сентябре минувшего года, когда в институте отмечали 80-летний юбилей Людмилы Лаврентьевны Нагорной, из Швейцарии ей пришло поздравление от руководителя департамента ЦЕРНа Поля Лекока:
«Дорогая Людмила, я знаю Вас по истории PWO, и Вы можете по-настоящему гордиться своим неоценимым вкладом. Как Вы знаете, 100 тонн PWO в нашем калориметре CMS видели бозон Хиггса, что и было объявлено в июле этого года. Без Вас этот калориметр, возможно, не был бы построен! Я должен добавить, что, кроме признания Вашего фантастического научного вклада, было настоящим удовольствием работать с Вами все эти годы. С наилучшими пожеланиями, Поль Лекок, CERN».
К сожалению, Людмила Лаврентьевна не дожила до объявления лауреатов Нобелевской премии по физике 2013 года, и не может в который раз порадоваться результатам своего труда. За нее это делают ученики и коллеги.
— Мы гордимся, что к этому величайшему открытию века причастны и украинские ученые. Чрезвычайно важно, что ключевой элемент системы — специальный детектор — был успешно разработан и создан благодаря созданию сотрудниками НТК «Институт монокристаллов» уникального сцинтиллятора (PWO), который позволил регистрировать высокоэнергетические частицы и, собственно, бозон Хиггса. За 17 лет от открытия до практической реализации проекта сотни украинских ученых принимали участие в разработке. И сегодня в команде ядерщиков, которая недавно, благодаря адронному коллайдеру, открыла бозон Хиггса, работают 46 представителей Украины, — подчеркивает глава Государственного агентства по вопросам науки, инноваций и информатизации, академик НАНУ Владимир Семиноженко.
Сегодня производство кристаллов, разработанных в НТК «Институт монокристаллов», налажено в России, в городе с символическим по отношению к «частице Бога» названием — Богородицк. В Харькове их тоже производят для уникальных заказчиков.
