24 апреля 2014 г. в рамках проекта «Публичные лекции "Полит.ру"» выступит Дмитрий Горбунов – физик-теоретик, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН. Накануне его лекции, которая проводится при поддержке Фонда «Династия», с ним побеседовала Наталия Демина.
Есть ли физик, стиль научного мышления которого вам импонирует, и на которого вы хотели бы быть похожим?
В Германии работает Гиа Двали. Он – выходец из СССР. Он – замечательный генератор очень нетривиальных решений и моделей. Поначалу кажется, что каждая очередная его идея – это неработающая ересь, но обычно в течение дня «закрыть» такую идею не получается.
А из классиков: Эйнштейн или еще кто-то?
Вы знаете, я не очень знаю классические работы, и вообще, как работает тот или иной теоретик, как у него мысли возникают. Это, по-моему, такая закрытая для остальных людей область, как думает другой человек… Как-то раз Михаил Васильев из ФИАНа спросил у Валерия Рубакова, как шла работа над статьей, у которой было 4 соавтора (сам Валерий Анатольевич, я, мой приятель и еще один сотрудник). Васильев сказал, что пишет статьи либо в одиночку, либо вдвоем, со студентом или с аспирантом. Он не мог понять, как можно работать вчетвером. А Рубаков ему ответил, что мы, мол, обсуждаем, и каждый вносит идеи.
Рубаков был вашим научным руководителем?
С Рубаковым получилось интересно. Я окончил МГУ в 1998-м году, учился на кафедре теорфизики у Андрея Славнова. Годы были такие, что мало кто из моих однокурсников продолжил занятия физикой, люди двигались в самых разных направлениях. Летом 1998-го года, после окончания МГУ, я зашел на физфак. Раньше была традиция, помимо диплома, выдавать синий значок выпускника, и мне хотелось его получить. Я понимал, что скоро он станет раритетом.
Выяснилось, что из моего потока, это 400 с чем-то человек, больше сотни выпускников даже не пришли забрать диплом. Они сдали экзамены, защитили диплом, но за дипломом просто не пришли, им он тогда был не нужен.
Во время учебы в МГУ, я мог посещать занятия на разных кафедрах. Я, в частности, стал ходить на курс Рубакова «Классические калибровочные поля». Его вели аспиранты Рубакова (Максим Либанов и Сергей Троицкий), он сам был в отъезде, было очень интересно, мы решали много задач. А на последней лекции появился Рубаков, и это произвело на меня очень сильное впечатление, человека такого уровня я ранее не встречал. Сразу появилось желание попасть в эту группу.
А что так удивило?
Видно было, что человек любит и «умеет делать» физику, это как-то сразу было понятно.
А вы у него писали диссертацию?
В этой группе было трое студентов, которых он взял к себе. Мы писали диссертации, работали в ИЯИ. Правда, оба мои приятеля сейчас в США.
У вас бывает желание махнуть рукой, бросить, поехать куда-нибудь?
Знаете, у меня пока есть желание сделать так, чтобы здесь можно было нормально заниматься наукой. Я все жду, когда уедут те, которые, так скажем, делают нам плохо.
А как Рубаков выбирал учеников?
Курс лекций сопровождался задачками. Каждую неделю был семинар, на котором эти задачки решались и рассказывались. На самом деле, задачки были интересные, и их было много, так что, по большому счету, основное время уходило на решение этих задачек, обсуждение, их сдачу и т.д. В процессе этого мы знакомились, а в конце был зачет, экзамен, как положено по спецкурсу.
Потом он нам выдал еще один набор ученических задачек широкого направления по физике частиц. Их мы решали, наверное, в течение года, может быть, даже больше. Но результат был очень полезным, потому что после этого в ходе почти каждого научного семинара, который проводился в Институте ядерных исследований, я видел, что начало этой темы я знаю. Задачи были очень правильно подобраны.
Так что сейчас у нас все аспиранты, студенты, так или иначе, решают эти задачки, и в ходе этого общения становится понятно, стоит ли ему работать в этом направлении. Если нет, то человек это видит сам, и обычно бесконфликтно уходит в другую область физики.
Было ли у вас в детстве желание стать не физиком, а математиком? Почему вы занялись наукой?
В детстве у меня было много желаний, я хотел стать и химиком, и биологом, и математиком, и историком. Мне все это очень нравилось, и вообще мне нравилось учиться, анализировать полученную информацию. Не то, что бы любой предмет, к языкам, литературе у меня не было особой склонности. Когда я был школьником, то особенно весной одновременно проходило много олимпиад, и нужно было выбирать, на какую поехать.
Вы в Москве родились, жили?
Да, я – москвич. Когда я уже учился в старших классах школы, то стали появляться профильные классы. И нужно было выбрать, либо идти в гуманитарный, либо физико-математический. Я склонялся скорее к гуманитарному образованию. Но учитель, который должен был взять наш класс, уехал в Америку. Тогда я решил пойти в физмат класс. У меня приятель был в физмат школе, так что решил уж туда и пойти – во «Вторую школу», рядом с универмагом «Москва», недалеко от ФИАНа.
Легко поступили?
Да. Я поступил в класс, который был уже сформирован. То есть обычно там начинают учиться с 7 класса, а я учился последние два года. Но как-то ничего, вошел в коллектив, мы все подружились.
Там были совершенно удивительные люди, классные ребята. Я помню, первая перемена. Чем занимаются обычные школьники? А эти ребята играли в шахматы! Еще один парень что-то решал в своей тетрадке. Я смотрю, а он в столбик вычисляет квадратный корень из двойки, так человек на переменке отдыхал. Мы до сих пор общаемся, стараемся собираться каждые пять лет.
Ваш выпуск какого года?
1992.
Что вам дала учеба во «Второй школе»?
Она позволила мне дальше уже не метаться в выборе направления, я уже знал, чем я хочу заниматься дальше.
Не было ли проблем выбора куда идти: в физику или математику?
Думаю, нет. У меня более-менее сформировалась уверенность, что нужно посвятить себя физике. Потом, в принципе, я узнал, что, возможно, в 57-ой школе более правильно преподавали математику. Но, на самом деле, ребята из двух школ довольно активно дружили, было много знакомых из той и из другой школы. Один из одногруппников, который был у Рубакова, был как раз из 57-ой школы. Но атмосфера во «Второй школе» была правильной, давала нужный настрой.
Ваши одноклассники тоже стали учеными или все по-разному?
Нет. Насколько я знаю, никто из моих одноклассников не удержался в науке.
Это общая проблема вашего поколения?
Я родился в 75-м. И по началу было довольно тяжело заниматься наукой. Опять-таки, если говорить о физике, физика – наука экспериментальная. Экспериментом в России вообще заниматься невозможно. Теория еще как-то, а экспериментаторам быть довольно тяжело. Если говорить о маленьких лабораториях, здесь даже выхода какого-то нет. А если о крупных – то это обычно международные коллаборации, и поток людей отсюда туда есть, а в обратную сторону потока, понятно, нет. Много моих одногруппников сначала ушло в IT. Некоторые и дальше пошли, в бизнес.
Расскажите о любимых книгах детства и юности, в том числе научно-популярных. Были ли книги, которые способствовали тому, что вы пришли в науку? Что вы любили читать из научпопа?
Не читал.
На столе не лежала книга Перельмана?
Нет, скорее лежали разные задачники. Наверное, самая близкая к научно-популярным книга – это книга Жюля Верна в далеком детстве, вот и всё.
Ваша семья выписывала научно-популярные журналы?
Нет.
У вас родители – научные работники?
Скорее технические: радиосвязь, электроника.
А что-то по радиосвязи выписывали?
Были какие-то журналы, но они меня как-то не привлекали. Та часть, что была связана с паянием, мне не очень удавалась. Так что мой путь в науку скорее шел через школу, потом физфак МГУ и дальше уже благодаря общению с коллегами.
Чем вы сейчас занимаетесь, какова ваша область исследований?
Физика элементарных частиц и всяческие приложения, сейчас активно развивается космология. Мне интересна астрофизика, физика нейтрино. Но главное направление – это физика элементарных частиц.
Стало ли для вас долгожданной радостью нахождение бозона Хиггса?
Нет, это не стало «большой радостью», потому что хотелось бы найти что-то другое. И вообще в этом направлении эксперименты настолько сложны, что в ожидании очередного шага с Большим адронным коллайдером теоретическая мысль как-то перетопталась. Было много теоретических изысканий, которые иногда выглядели как-то чересчур. Но поскольку люди так долго ждали пуска коллайдера, то теоретики не могли перестать генерировать идеи. Но все равно мы все надеялись, что удастся найти что-то помимо того, что было предсказано на заре, 50 лет назад. То, что нашли тот самый бозон, который и был предсказан, в каком-то смысле самый худший вариант.
В России тоже был проект такого коллайдера. Его хотели построить в Протвино к началу 90-х, причем это был международный проект. В Протвино строили домики то ли французы, то ли итальянцы, была целая программа, что они будут туда приезжать, работать, изучать эту физику, но не получилось. И попутно в США тоже закрылся проект еще более мощного коллайдера.
Физика элементарных частиц – это действительно передовой край естествознания, идей много, но в природе реализуется одна-две. Эксперименты уникальны, поэтому исследователям по 20-30 лет приходится ждать, чтобы экспериментально подтвердить или опровергнуть те или иные идеи.
Ждете ли вы каких-то интересных открытий после запуска обновленного коллайдера?
Хотелось бы верить, что они будут. Потому что все-таки там энергия увеличена почти в 2 раза. Многие предсказания, ожидания связаны с этой энергией, а не с той, на которой коллайдер работал раньше. С одной стороны, как-то странно говорить, вот раньше ты ничего не видел, а потом посмотрел на расстояние в два раза меньше, и тут ты увидел… Подумаешь, в два раза изменил! С другой стороны, все двигается поступательно, и если понимать, что на этом масштабе расстояний появится новая физика, то в какой-то момент, на каком-то шаге ты должен это увидеть. Пока не увидели. Но БАК – это сложная машина, многие теоретические модели были проверены и не нашли своего подтверждения, а многие еще проверяются, потому что они очень сложные. В ходе столкновений протонных пучков рождается множество частиц, там много всяких неопределенностей, и надежда пока не умерла.
А вас приглашают для обсуждений, для каких-то дискуссий? Вы ездите в ЦЕРН? Вам это интересно?
Да, конечно, это интересно. Сейчас физики могут общаться непрерывно, круглосуточно. Есть такие каналы, группы, которые непрерывно работают на разных экспериментах. Другое дело, что, поскольку я являюсь теоретиком, такой вот 100% необходимости там регулярно быть, у меня нет. А обсуждения сейчас хорошо организованы по интернету. Но часто вопросы, несмотря на интернет, удобнее и быстрее решаются при непосредственном контакте, особенно, если это связано с организацией каких-то новых экспериментальных исследований, в частности, предлагаются новые эксперименты, помимо основных, которые происходят на БАКе.
Кроме того, сейчас обсуждается, что делать с Большим адронным коллайдером через несколько лет. Вот он сейчас поработает, наберет некий набор статистики. Есть понятие систематической ошибки, связанной с вашим детектором. Допустим, есть линейка, на линейке разметка в 1 мм, вы можете проводить множество измерений, но точнее, чем один миллиметр, вы не измерите. Чтобы добиться более высокой точности, нужно улучшить эту линейку, перейти к штангенциркулю. А это уже означает построение нового эксперимента, нового коллайдера.
Но для каждого детектора стоит вопрос, какого объема статистику нужно набрать. Для Большого адронного коллайдера сбор необходимого количества данных занимает несколько лет. А к 2017-2018 году, когда БАК опять закроют на модернизацию, нужно предложить что-то новое. И нельзя будет просто сказать: «Ладно, БАК выключаем, давайте думать, что делать дальше». Нужно что-то заранее спланировать. На смену одним детекторам нужно подготовить новые, чтобы не тратить время впустую.
Экспериментаторы и теоретики сейчас обсуждают все эти вопросы, что лучше – поднять энергию или поднять интенсивность столкновений, какие изменения нужно сделать в этих больших многоэтажных детекторах. Это нужно сделать заранее, и при этом мы не знаем, какая новая физика там будет. Стратегии развития могут быть совсем разные, поэтому здесь есть такой, во многом «угадайческий» момент. Если бы мы знали, какую физику мы найдем… Мы, к сожалению, не знаем. Или, к счастью, – желание человека заниматься наукой подогревает этот поиск неизвестного. Кардинальная модернизация БАКа требует обсуждений всего физического сообщества.
У нас в институте есть группы, которые предлагают новые эксперименты на базе ЦЕРНа. Там, помимо основного кольца адронного коллайдера, есть возможность осуществлять запуск других пучков частиц, которые можно использовать для проведения тех или иных исследований. Ученые как из самого ЦЕРНа, так и из других европейских институтов, могут подать проект в научный комитет ЦЕРНа, который и примет решение.
А какой эксперимент вы предлагает провести?
В ЦЕРНе ускорение протонов организовано поэтапно. Сначала одна установка ускоряет их, предположим, на фактор 10, следующая установка еще в 10 раз. Есть ускоритель SPS (Super Proton Synchrotron, Супер-протонный синхротрон с длиной кольца в 6,9 км), он ускоряет протоны до энергии где-то в 10 раз меньше, чем то, что привело к открытию хиггсовского бозона. Это предыдущий этап, в его рамках подготавливаются такие протоны, потом они уже закидываются в основное кольцо (27 км), и в кольце сгустки таких протонов двигаются в противоположном направлении, и время от времени сталкиваются в местах, где стоят детекторы. И пока протоны бегают по основному кольцу, SPS стоит, в нем ничего не делается.
Мы думаем, что его можно использовать для других экспериментов. В частности, я участвую в группе, которая предложила проводить эксперимент с использованием протонов, который может дать такой ускоритель. Наша идея пока рассматривается. Проект недешевый, примерно 150 млн. швейцарских франков, поэтому просто так его никто не одобрит. Нужно обсуждать, нужно решать многие вопросы, технические, радиационные, массу всего. Есть группы теоретиков, которым это интересно.
В вашей лекции речь пойдет о гравитационных волнах. Какова ваша личная точка зрения, удалось ли группе BICEP обнаружить эти волны или надо все-таки дождаться объявления итогов работы группы «Планка»?
Я не ожидал, прямо скажем, что у этого эксперимента будут такие результаты. Тем не менее, если это так, то этот эксперимент в частности показал возможность первичного квантования гравитационного поля. Предыдущий эксперимент «Планка» существование реликтовых гравитационных волн заявленной амплитуды некотором уровне достоверности закрыл.
У исследователей есть вопросы к этому эксперименту, связанные с тем, что наблюдения, которые он проводил, проводились на одной частоте. Если мы говорим, что у нас есть реликтовое излучение, пришедшее из эпохи большого взрыва, то мы измерили спектр этих фотонов. Мы измерили, какие фотоны на каких частотах к нам приходят в каком количестве, и убедились, что это согласуется с представлением, что они все пришли из равновесной термальной системы, которая характеризуется только одним понятием – температура. Для этого нужно было делать много измерений на разных частотах. В данном случае поляризация не была измерена на многих частотах.
Если бы она была измерена на многих частотах, то была бы уверенность, что да, действительно, эта поляризация – именно реликтовое излучение. Измерение на одной частоте оставляет возможность того, что обнаружено нечто другое. Поэтому вопросов тут, конечно, много, но есть возможности отмести какие-то сомнения с помощью других измерений.
В частности, в конце этого года ожидается публикация результатов работы коллаборации «Планка». Они откроют окончательные данные, которые у них были собраны. Эксперимент происходил в течение несколько лет, измерялась анизотропия реликтового излучения, поляризация. Анализировались некоторые физические явления, которые, с точки зрения этого эксперимента, могло бы выглядеть как сигнал реликтовых волн. Посмотрим.
В принципе, модели физики ранней Вселенной, которые давали бы такого рода сигнал, есть и в достаточном количестве. Есть ли здесь какие-то натяжки с другими экспериментами, другими наблюдениями, вопрос открытый. Понятно, что небольшие расхождения при наборе дополнительных данных «статистически» могут рассосаться.
Тем не менее, теоретики, конечно, не сидят, сложа руки. За это время в электронной научной базе (arXiv.org) появилось несколько сотен статей, где обсуждаются те или иные аспекты этого открытия. Интересный момент такой, что если это гравитационные волны, то это означает, что процедуру квантования на гравитационное поле распространять можно, но пока учитывать взаимодействие мы не научились (гравитационные волны фактически свободные). На самом деле, отсюда следует довольно важный теоретический выход, который полезен для развития именно фундаментальной науки.
Итоги этого эксперимента приводят к тому, что, с одной стороны, подтвердился один класс моделей, которые был до этого сформулирован, а, с другой стороны, был отброшен еще больший класс моделей, которые предсказывали что-то другое. Поэтому тут у меня такое двойственное чувство.
Мы смотрим, что происходит в большой Вселенной, совершенно чудовищных размеров, и, глядя на эту Вселенную, понимаем, как устроена физика на очень-очень маленьких масштабах, куда меньше тех, на которых этот чудовищный «микроскоп» – Большой адронный коллайдер до сих пор не может найти новую физику. И у нас пока нет идей, как построить машину, которая позволит изучать физику на таких масштабах. Исследуя Вселенную, можно такое знание получить, что, конечно, совершенно замечательно.
Последний вопрос. Как вам кажется, в следующие 50 лет удастся ли ученым проникнуть в тайну темной материи, темной энергии? Какие-то подвижки вы видите, чувствуете? Есть ли наметки каких-то шагов?
Сложный вопрос. Дело в том, что если говорить о темной материи, то существуют большое количество моделей, не вызывающих какого-то отторжения, не противоречащих какой-то логике построения теории, которые предсказывают существование частиц темной материи, которые можно непосредственно обнаружить в эксперименте. И таким образом, нужно либо найти эти частицы, либо закрыть такие модели. А есть модели, в которых, предсказывается частицы, которые существуют только в гравитационных взаимодействиях, и больше никаких других. То есть мы можем проводить эксперименты в физике частиц и искать эти частицы, но модели предсказывает, что мы ничего не найдём. И такие модели ничуть не хуже предыдущих!
Если частицы тёмной материи, это частицы, которые, как бы то ни было участвуют в нам известных взаимодействиях (например слабых взаимодействиях), то в перспективе нескольких десятков лет, в принципе, должны быть найдены. Но есть другие решения этого вопроса. А что касается физики темной энергии, это такая загадка, для которой сложно назвать горизонт решения.
