Ученые НИТУ «МИСиС» готовятся к поискам темной материи

С 2015 года один из ведущих российских университетов НИТУ «МИСиС» участвует в эксперименте Европейского центра ядерных исследований (CERN) по поиску частиц темной материи. В случае успеха участники вполне могут удостоиться Нобелевской премии. Как развивается эксперимент, какие у НИТУ «МИСиС» и CERN совместные планы, в интервью «Росбалту» рассказала начальник отдела научно-технической информации и молодежных программ НИТУ «МИСиС» Юлия Красильникова.

— Группа инженеров НИТУ «МИСиС» вместе с коллегами из НИЦ «Курчатовский институт» разрабатывает конструкцию самой массивной части новой экспериментальной установки Большого адронного коллайдера SHiP (Search for Hidden Particles) — камеры распадного объема (decay vessel). Расскажите, пожалуйста, поподробнее об этом проекте. В чем он заключается? Какова его цель?

— Вместе с НИТУ «МИСиС» в коллаборации SHiP участвуют научные коллективы из 14 стран и 35 институтов. Всего в проекте заняты 159 исследователей. Он проводится на протонном суперсинхротроне. Это огромное кольцо ускорителя диаметром 6,9 км. Цель эксперимента — поиск пока гипотетических нейтральных частиц, которые описаны за пределами Стандартной Модели — нескольких лептонов, аксиона и темного фотона. Введение этих частиц в Стандартную Модель физики элементарных частиц позволит описать существование темной материи, а также отсутствие антиматерии во Вселенной.

Что касается задачи, стоящей перед специалистами НИТУ «МИСиС», она носит инженерный характер. Задача инженеров НИТУ «МИСиС» — создать и рассчитать оптимальную модель камеры распадного объема. Кроме того, им необходимо проработать несколько вариантов исполнения камеры распада, отличающихся конструкцией, материалами и величиной давления внутри камеры.

— На каком этапе сейчас находится реализация проекта SHiP?

— Летом 2016 года он получил одобрение и финансирование CERN для реализации стадии исследования, поэтому сейчас представлен на официальном сайте организации, а также внесен в Grey Book — официальный реестр экспериментов CERN. До тех пор он формально с точки зрения CERN не существовал. Сейчас команда SHiP активно работает над проектированием эксперимента. Необходимо понять, какие инженерные решения нужны для успешной реализации проекта, оценить ресурсы, объемы финансирования и т. п. По готовности к реализации будет получено одобрение CERN на дальнейшее развитие.

— Когда можно ожидать первых результатов реализация проекта SHiP?

— Мы ожидаем, что проект вступит в стадию реализации в 2022 году. А когда он закончится, зависит от результатов. Есть теоретический расчет, который говорит, что частицы, которые мы ищем, должны существовать. Есть теоретическая модель, которая говорит, как эти частицы могут быть детектированы. Но когда они будут обнаружены, никто не знает. Довольно часто цели, которые ставились до начала эксперимента, в ходе проекта уточняются. Нельзя этого исключать и в нашем случае. Понятно, что если эксперимент будет набирать статистику не так, как мы рассчитывали, то его либо уточнят, либо свернут, потому что достаточно бессмысленно искать то, чего найти нельзя данным способом. Если же теоретические исследования команды SHiP под руководством профессора Андрея Голутвина и Ричарда Якобсона (Richard Jacobsson) в ходе эксперимента подтвердятся, то он продолжит работать до тех пор, пока мы не наберем достаточно статистики.

Если команда эксперимента SHiP найдет темную материю, ради которой организуется эксперимент, она вполне может получить Нобелевскую премию. Это открытие сравнимо с открытием бозона Хиггса в экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере в CERN, которое стало завершающим этапом в подтверждении Стандартной модели элементарных частиц.

— Насколько сложно было для НИТУ «МИСиС» стать участниками проекта СERN? Как проходил отбор?

— НИТУ «МИСиС» стал участником проекта CERN благодаря сотрудничеству с Физическим институтом имени П.А. Лебедева РАН (ФИАН). Именно благодаря совместной работе с лабораторией профессора Н.Г. Полухиной научный коллектив кафедры «Физического материаловедения» под руководством профессора А.Г. Савченко НИТУ «МИСиС» получил приглашение официально войти в коллаборацию SHiP и расширить свое участие в проекте. Включение НИТУ «МИСиС» ассоциированным с ФИАН участником эксперимента SHiP стало возможным благодаря одобрению Country Representative Board (CRB) — условного совета директоров эксперимента, состоящего из представителей стран-участниц эксперимента. CRB посчитал полезным участие НИТУ «МИСиС» в эксперименте, и теперь мы — полноправные участники!

Сейчас со стороны НИТУ «МИСиС» в проекте CERN участвуют заведующий кафедрой материаловедения профессор Александр Савченко и два его сотрудника — Елена Савченко и Михаил Горшенков, а также заведующий кафедрой полупроводниковой электроники и физики полупроводников Сергей Диденко. Часть времени ученые проводят в штаб-квартире CERN, потому что есть работы, которые можно сделать только там, а часть — в университете, где проводится большая часть расчетов.

— Планирует ли НИТУ «МИСиС» участвовать в других проектах CERN?

— Да, мы ожидаем, что уже осенью этого года НИТУ «МИСиС» может стать полноправным участником другого проекта CERN — LHCb. Как и SHiP, этот эксперимент расположен на Большом адронном коллайдере и рассчитан на поиск новых частиц. Цель проекта LHCb в том, чтобы лучше понять, что произошло после Большого взрыва, позволившего материи построить Вселенную, в которой мы живем сегодня. Но если SHiP — новый эксперимент, то проект LHCb существует давно и как раз дошел до стадии модернизации. По сути, участие в этом проекте означает переход на новую ступень в сотрудничестве НИТУ «МИСиС» и CERN.

— Россия до сих пор не стала ассоциированным членом CERN, хотя заявка была подана еще в 2013 году. Насколько в мире распространена практика, когда страна не входит в число членов CERN, а отдельные вузы участвуют в проектах?

— Есть огромный перечень стран-участников CERN, а есть ряд стран, включая Россию, которые не стали участниками CERN, но финансируют некоторые исследования. Видимо, пока правительство считает, что такое сотрудничество выгоднее, чем просто делать взнос, как это делают страны-участницы CERN. У России такая модель сотрудничества с CERN сохранилась со времен Советского Союза, но вообще это распространенная практика.

— Насколько для НИТУ «МИСиС» важно участие в экспериментах CERN?

— Проекты CERN, конечно же, важны для НИТУ «МИСиС», как и любое международное сотрудничество. Мы, как ни парадоксально, до недавнего времени не пытались пробовать себя в областях за пределами металлургии и материаловедения. Теперь мы знаем, что есть огромная ниша инженерных задач, которые CERN важны и интересны, и НИТУ «МИСиС» может их реализовать. Поэтому мы рассчитываем, что эксперимент закончится успешно и принесет нам мировое признание.