Рыцари «Маруси»
26-03-2000Приехать в Дубну непросто. Выдраться из столичной круговерти дел и провести три часа впустую в электричке? Благоприобретенный московский менталитет протестует против этого до последнего. Но уже после Вербилок, когда вагоны освобождает последняя порция дачников, а поезд начинает греметь в коридоре леса, начинает казаться, что это сама машина времени мчит нас назад, в студенческую юность. Мысли перестают дергаться. А когда прямо на платформе первый глоток дубненского хвойного воздуха проникает прямо в душу, с изумлением обнаруживаешь, что кошмарная Москва позабыта, а ноги идут в особом неспешном темпе, тело тянется к велосипеду, а душа, между прочим, к чему-нибудь вечному – к любви или к физике.
Сосны в городе, пляж на Волге, велосипедный рай, дешевое пиво, чистота (на аллювии грязи нет в принципе), интеллигентность во взглядах... А еще – те люди, которые и делают Дубну Дубной, науку физику – живой наукой, а жизнь – не теряющей своего смысла.
Среди них, рыцарей своего дела, есть и мои друзья. Я хочу рассказать о них. И пусть никто не ищет в этом тексте репортажной точности или очерковой проблемности, - это просто мои впечатления, вынесенные из нашего многолетнего общения. У костра, на реке, за столом, на лесных прогулках я расспрашивал об их жизни, которая становится все трудней (и не нам, зажравшимся москвичам, об этом судить), об их работах и успехах.
А успехи есть. Группа, которая сейчас создает экспериментальную установку под названием «Маруся», существует уже семь лет. Каждый год шестеро бывших одноклассников и однодворников (теперешние коллеги, родственники и супруги) выпускает по серии работ, которые вызывают живейший интерес на конференциях в Петербурге и ЦЕРНе, в Протвино и Батавии. Как они умудряются с деньгами, в тысячи (!) раз меньшими, чем у их зарубежных коллег, вести более чем конкурентоспособные исследования в ядерной физике, где, как принято считать, невозможно ничего сделать, не преодолев на очередном монстроидальном многокилометровом бублике новый энергетический барьер? Что вообще возможно делать на дубненском 10-ти ГЭВном синхрофазотроне, построенным сорок лет назад и устаревшем на четверть века?
В стороне останется и история о том, как руководство ЛВЭ дубненского ОИЯИ постепенно превращает ее в исследовательскую инфраструктуру. Как электростанция продает энергию заряженных частиц, электронов, для любых целей, - так и здесь речь идет о предоставлении пучков ускоренных частиц или ядер любым потребителям (в первую очередь, конечно, научным). И не только пучков, но и помещений, вычислительных мощностей, локальных сетей, а может быть, и конструкторских бюро с исключительными мастерскими и мастерами.
Я же хочу рассказать об экспериментаторах, о пользователях «ускорительными мощностями». Инфраструктура – вещь дорогая, но ею занимается Дирекция, а вот использование пучков для конкретных экспериментов – дело собственно физиков-ядерщиков: какие теоретические выкладки проверить? какие модели воплотить? И вот тут могут и не понадобиться циклопические приборы и могучие коллективы: если есть ясная физическая идея, организационная компетентность и энергия (энергия человеческого дела на этот раз), то всего несколько человек смогут сделать очень многое.
, кто сможет спроектировать детекторы и заставить их работать – К.Михайлов, 36, по образованию физик-теоретик. В-третьих, инженер-электронщик-механик, конструирующий «железо» – В.В.Королев, 44. Затем программист, обеспечивающий запись и первичную обработку информации – С.В.Семашко, 38. И, наконец, студенты, помощники «за все», кто сидит за компьютером, выводит графики, распаивает разъемы, задает вопросы, редактирует статьи и кричит «Майна!» крановщикам, устанавливающим бетонные блоки защиты. В этой роли – В.В.Борисов, 27, единственный не коренной дубненец, и Алла Балдина, 26.
Впрочем, конечно, никакой реальной специализации нет. Все работают вместе, каждый на подхвате у каждого. Экспериментальная физика – во многом ремесленное дело, за партой она не изучается, а секреты того, как в железки, трубки и электронные платы можно «запечатать» законы теоретической науки, осваиваются только в многолетней работе вместе с мастерами. Уверенность и чутье приходят лет через пять-семь, и относятся они не к отдельным элементам установки (магниты, вакуум-насосы, on-line каналы), а к прибору и его работе целиком, и узким специалистом быть невозможно.
Тем более во время сеансов. Этот специфический термин вызывает в памяти, конечно же, спиритов и булгаковского Воланда, но значит он «период работы ускорителя для проведения экспериментов». Сейчас сеансов бывает 3-4 в году (ученых не так уж много, а электроэнергия дорогая). Десяток экспериментальных групп готовят свои установки к заранее объявленной дате – сначала медленно и тщательно, потом лихорадочно. Потом наступает перманентный аврал. И хотя дорога до дома у любого дубненца не превышает пятнадцати минут, экспериментаторы в последние дни перед сеансом предпочитают спать где-нибудь на диванчике в корпусе.
Потом ускорительщики делают пробный запуск, проверяя свою махину и давая возможность пользователям замерить интенсивность отведенных пучков, отцентровать, откалибровать и оттестировать все, что только можно. А потом, после взрева сирен и мигания транспарантов из «Девяти дней одного года», начинается десятисуточное бдение – с дежурствами, поломками, срочным ремонтом, заменами блоков и сбоями в программах. Узкие специалисты в эти дни бесполезны: ускоритель ждать не будет, с отведенным пучком ты можешь делать что хочешь и цена сбоя – плохая или слабая статистика, а то и полное отсутствие нужных событий. И только когда рубильник на главном пульте будет отключен (или теперь в таких случаях давят на Escape?), а где-то внутри многомегабайтных файлов набранных событий будет лежать искомое жемчужное зерно, можно будет отсыпаться, думать, как его оттуда извлечь и ощущать себя возбужденно-опустошенно, как после взятого перевала или пройденного порога.
Аналогия отнюдь не пустая: когда наша малая группа собирается в байдарочный поход, она становится весьма приличной по размерам: человек двадцать пять вместе с женами, детьми и нами, грешными москвичами-ренегатами. Нанять автобус целиком километров на триста оказывается выгоднее, чем ехать поездом (прорабатывается и вариант вертолета: в Дубне есть такая фирма). И это не просто мечты: и в физике, и в туризме группе «Маруси» удается такое, что почему-то у других не получается. Невиданные походы студенческих лет - через Саяны или через Северный Урал, а потом на плотах - логично переросли в период перестройки в работу в Совете молодых ученых и в Совете пользователей, а потом и в непривычную, но эффективную организацию экспериментов.
Нет - это решительно современные люди, между прочим, не захотевшие мириться с ролью загнанных в угол «обломков империи», не желающие своим бездействием поддерживать миф о никчемности науки. Не изменив своей квалификации, они расширили ее до тех пределов, какие требуются для того, чтобы успешно работать по профессии в сегодняшних условиях.
Ведь успех в науке зависит не только от чисто профессиональных качеств. В советские времена процветали и востребовались люди, умеющие использова
ть условия тех времен (грубо говоря - неограниченность ресурсов, ученое многолюдье, ненаказуемую безрезультативность, студенческую и аспирантскую рабсилу, контакты с мировой наукой в качестве награды). Нынешнее же время выдвигает тех ученых, которые сумели или сумеют воспользоваться сегодняшней, вполне дикой, ситуацией: свободными контактами с Западом, широтой своей квалификации, своей малочисленностью, положением немногих наследников большого богатства и практически свободной экспериментальной базой.
Последнее неверно для Москвы, где инженеры, стеклодувы, рабочие мастерских давно разбежались из академических институтов. Из Дубны же бежать особо некуда, и люди, умеющие «думать руками», рады любой осмысленной работе. Группа «Маруси» оплачивает их труд и из грантов, и из собственного кармана.
Да, это для них вполне естественно - вложить собственные деньги в собственный эксперимент. Их научная работа - это их дело. «Дело» во всех смыслах: и как «призвание», и как «предприятие», а значит удивляться тут особенно нечему. В конце концов, тут проявляется не только верность своей профессии, но и вполне прагматический расчет: будет эксперимент - будут результаты, статьи, признание, известность, совместные работы с европейским ЦЕРНом или с иными институтами. Не будет экспериментов (по какой бы то ни было причине) - спираль начнет скручиваться по нисходящей и дело заглохнет. Так что есть прямой смысл вложиться самому, не дожидаясь ни родного государства, ни спонсоров (хотя и они есть: Дубна - город маленький, и среди одноклассников моих героев есть и богатые люди). Кстати, за свой счет группа строит не только собственную установку, но и системы общего пользования, делая свой вклад в идею инфраструктурности: например, они наладили систему диагностики циркулирующего пучка Нуклотрона на микроканальных пластинах (эти дорогостоящие элементы у них просто были, а «сидеть на богатстве» дубненцы не приучены).
И еще: совместные работы с западными институтами - это для группы не самоцель, не трамплин для эмиграции. Это лишь возможность заработать (вспомните про универсальную квалификацию!) за несколько месяцев в году столько, сколько хватит и на будущие эксперименты, и на прожитье. В Европу они не стремятся. Условия и содержание работы примерно одинаковые (в Дубне даже лучше: здесь они сами себе хозяева, а в ЦЕРНе приходится встраиваться винтиком в чужой эксперимент), а жить безусловно лучше в Подмосковье, на Волге. И только одно свербит: вдруг Нуклотрон так и не доведут до конца, вдруг «Маруся» так и не заработает...
Подрабатывать и шабашить можно не только в Европе. Один из марусинцев летом бригадирствует на строительстве дачных домов, другие преподают в местном университете и школах; программисту легче, чем прочим, получить заказ на какую-нибудь разработку в Москве. Но всякий раз группа возвращается в 205-й корпус Лаборатории Высоких Энергий, в катакомбы внутри бетонных блоков защиты (плиты кладут и сверху), в атмосферу ранних рассказов Лема, который тоже был в свое время заворожен магией сочетания материальной мощи реакторов и магнитов и тонкости физического расчета, превращающей эту батарею металла в нечто работоспособное.
Ключевое слово здесь - «автомодельность», и не простая, а второго рода. Эта концепция первоначально возникла в гидро- и газодинамике, где, используя методы теории размерности, уже давно удалось свести многообразие параметров, описывающих течения, к нескольким безразмерным комплексам. В системах, у которых эти комплексы одинаковы, процессы протекают самоподобно (автомодельно), что, например, дает возможность испытывать самолеты в аэродинамических трубах, а корабли - в опытовых бассейнах. Силы, воздействующие в потоках на модели, элементарно пересчитываются на реальные ситуации. А все многообразие опытных данных, например, о сопротивлении тел разной формы разным течениям, ложится на один график, где по осям отложены критерии подобия - автомодельные переменные.
Автомодельность второго рода (обоснованная в гидродинамике проф. Г.И.Баренблаттом) требует для подобия процессов не постоянства критерия, а его изменения по определенному закону. Суть же дела не меняется: пусть и более сложным образом, но удается построить «единую кривую», куда должны - если наши представления о физике процесса верны и анализ размерностей выполнен грамотно - укладываться все экспериментальные точки для этого процесса. Вот эта-то концепция и была применена в ядерной физике при анализе процессов множественного рождения при ядерных столкновениях.
Но это значит, что тогда мы сможем получать данные о происходящем в тех областях параметров (например, энергии), куда «еще не ступала нога человека», используя существующие экспериментальные установки в качестве «опытовых бассейнов»! Получается, что имея автомодельные решения, мы сможем не тратить массу сил и денег на сооружение ТЭВных ускорителей, а получить все нужные сведения, например, на дубненском Нуклотроне силами шестерых экспериментаторов. Имея в распоряжении каплю воды, понять то, что происходит в океане...
Разумеется, автомодельное решение - это сильная гипотеза. Ведь она фактически утверждает: ничего нового в области сверхвысоких энергий не будет (автомодельное решение не может быть верным в тех областях, где меняется физика процесса). Но, собственно, любая естественная наука живет за счет такого рода утверждений, предполагая и доказывая, что законы, установленные здесь и теперь, верны везде и всегда! Ньютон своим законом всемирного тяготения сказал, что ничего необычного с точки зрения притяжения тел на небе нет, что там все происходит так же, как на Земле.
Проверкой этой автомодельной гипотезы и занята группа «Маруси». Между прочим, дело это в научно-организационном плане отнюдь не безобидное: если все окажется верным, то станут во многом ненужными и новые гигантские ускорители, и грандиозные эксперименты на них. А это - урезанное финансирование, закрытые темы, увольнения... Шестеро дубненцев самим фактом своего существования, не желая того, ставят подножку мировому истэблишменту ускорительной физики. Но здесь все не так просто, и об этом - дальше.
Во-первых, в отличие от модных грандиозных спектрометров с 4-пи геометрией, которые могут фиксировать все получающиеся в реакции частицы, но пока только на пучках с малой интенсивностью (и после затрат десятков человеко-лет просто на написание и отладку программного обеспечения), один магнитооптический канал «Маруси» предназначен для работы на интенсивном пучке и с высокой избирательностью. Его можно настроить на выделение очень редких процессов (например, рождение ка-минус-мезонов с большими поперечными импульсами - то есть вылетающих под большими углами к оси пучка). Его можно настроить на то, чтобы он выделял эти редкие процессы среди миллиардов и триллионов остальных реакций - а для этого эти реакции надо анализировать, и электроника спектрометра сможет «переварить» все фоновые события пучка с большой светосилой. При этом и угол вылета, и тип анализируемой частицы может быть любым.
Во-вторых, установка «заточена» под работу с поляризованными ядрами. Дело в том, что на дубненском ускорителе можно создавать пучки частиц, у которых собственный поперечный момент (спин) направлен не в произвольную, а во вполне определенную сторону - то есть ядра в пучках поляризованы. (В том числе можно делать пучки поляризованных нейтронов, которых в мире нигде больше нет - но это отдельная замечательная тема.) Есть и уникальные криогенные мишени, ядра в которых также поляризованы. И есть подозрение - и даже первые данные, - что изучение поперечных пространственных распределений ядерных реакций очень перспективно (исследования на поляризованных пучках ведутся давно и весьма успешно, но почему-то в основном с мишенями по оси пучка). «Маруся» с ее способностью обрабатывать огромные количества событий, эффективно уменьшая фон, идеально подходит для таких экспериментов, где нужно уметь отлавливать различия на уровне процентов. Первые эксперименты дали уверенные результаты, касающиеся различий в симметрии рождения протонов и пи-мезонов.
В-третьих, комплекс спроектирован так, чтобы его можно было бы достраивать, расширять, совершенствовать в зависимости от... - ну разумеется, финансирования. Пока он сделан и делается в «минимальной» конфигурации; это, по сути, костяк, который, однако, уже имеет полную функциональность и работоспособность. Этим он тоже отличается от больших 4-пи спектрометров, в которые нужно вложить сразу много труда и денег, чтобы они заработали.
В-четвертых, «Маруся» грамотно расположена: вблизи ускорительного кольца. Это значит, что большинство других экспериментальных установок стоят вслед за ней по пути пучка, и потому она может пользоваться тем временем работы ускорителя, которое оплатили другие пользователи, не мешая им - отбирая нужные ей события, распады с большими поперечными импульсами. Но она может не только «не мешать» - ее можно использовать в разных сочетаниях с иными установками, объединять данные и так далее.
В-пятых, «Маруся» грамотно сделана: по большей части из списанных или уже использованных материалов. Доперестроечная организация экспериментов требовала списания установок после завершения плановых научных работ, потому в Институте за сорок лет образовалась великолепная свалка. Теперь ее величают уважительно: склад под открытым небом. Оттуда взяты все подставки под стотонные магниты, все строительные конструкции. Другие группы передают «Марусе» пока не нужные кабели, фотоумножители, разъемы: покупать их сейчас с нуля - это безумные деньги, а если люди делают что-то хорошее - почему бы не помочь? Специалисты соседних отделов, лабораторий, дружественных институтов переносят на нее свои работающие блоки и сами включаются в сотрудничество. В свое время, давным-давно, создатели установок могли и враждовать, биться за ресурсы и за свое, единственно правильное, направление - а сегодня среднее поколение активно сотрудничает.
Получается, что установка - единственная в своем роде по многим, очень разнородным признакам. Но, оказывается, в экспериментальной физике мало того, чтобы проект опирался на ясную и обещающую идею, - его нужно еще удачно вписать в существующие ресурсные и организационные условия.
Что ж, сейчас понятно, что нет ничего зазорного в том, чтобы напрягать свое хитроумие, найдя свою экологическую нишу, используя буквально все доступные ресурсы без остатка, чтобы сделать что-то достойное.
Это и ресурсы корпоративной культуры с ее идеями подвижничества и дерзости. Тут может помочь даже такая казалось бы мелочь, как название установки: обидно было бы потратить десяток лет напряженной жизни на нечто с названием НЦ-232-Я, а «Маруся» - это совсем другое дело.
Это и ресурсы рабочей истории Лаборатории, материализованные в старых установках, в опыте проектирования, в культуре сотрудничества. При сжатии, усыхании внимания к науке концентрация на главных направлениях происходит как бы сама собой. «Как бы» - потому что ее катализатором как раз и служат нашедшие свою нишу работоспособные группы.
Это и ресурсы научной организации, позволяющие получать замечательные результаты как бы попутно. И снова: «как бы» - потому что в основе лежат нетривиальные и одновременно фундаментальные идеи.
Парадоксальное сочетание! С каких это пор фундаментальные принципы являются новыми? Да с тех самых, когда беспредельное по нынешним масштабам финансирование суперпроектов породило стремление к сверхэнергиям и гиперускорителям, к гигантским, фактически производственным, коллаборациям (временным научным коллективам). В ходе гонки некоторые простые и основополагающие принципы были оставлены в небрежении.
Та же судьба постигла и ряд фактов, свидетельствующих о том, что для изучения релятивистских ядерных процессов, для «освобождения кварк-глюонных степеней свободы» вполне достаточно тех энергий - 2-4 ГЭВа на нуклон, - которые дает Дубненский синхрофазотрон (а теперь Нуклотрон). Только в самые последние годы эта идея получила признание, и в этом есть и заслуга группы. Рождение на синхрофазотроне антипротонов или ка-минус-мезонов, состоящих только из антикварков и, значит, «берущихся» только из вакуума, говорит о том, что «задеваются» кварки и глюоны. Выяснено, что релятивистские эффекты при 2-4 ГЭВах те же, что и при 100 ГЭВах, что сверхплотное ядерное вещество разумнее получать при энергиях до 10 ГЭВ (дальше наступает «ядерная прозрачность», ядра не взаимодействуют). И, значит, можно изучать вполне фундаментальные проблемы при дубненских энергиях, занимая достойное место в науке.
И - вполне прикладные, связанные, в частности, с цивилизованным захоронением программы атомной энергетики. И выжигание с помощью ускорителей радиоактивных отходов, и исследования по электроядерной энергетике (когда энергия ядерного распада выделяется в результате не цепной реакции, а подпитывается извне с помощью того же ускорителя) - эти темы все лучше и лучше финансируются. У группы (и вообще у Дубны) есть прекрасная возможность накопить на тех же энергиях 2-4 ГЭВ на нуклон полезнейший экспериментальный материал, который не может быть вычислен из существующих теорий и без которых невозможно проектирование рабочих установок. (На последнем сеансе они как раз занимались изучением выделения тепла в толстых мишенях, что необходимо знать для работ по электроядерной энергетике).
Но каким бы он ни был, он действовал и реализовывался. В соответствии с ним были сформированы лаборатории и институты с их оснащением, представления о перспективных направлениях в ядерной физике, проектно-производственная база приборостроения, учебные заведения и их программы, карьерные траектории массы научных сотрудников, инженеров, технологов. Словом, этот тезис послужил обоснованием научной программы, которая сейчас является доминирующей в этой области физики, а значит, стал верным (поскольку - всесилен).
Марусинцы пытаются противостоять этой всесильности. Первыми в мире они вместе со всей нашей наукой испытывают нищету после изобилия, игнорирование после интереса и признания - и ищут новые пути. В Америке и Европе этот неизбежный процесс только-только разворачивается, «главная программа» еще на полном ходу. И те экологические ниши, которые дубненцы для себя обустраивают, представляются большинству чем-то экзотическим и вынужденным.
В Дубне «главную программу» никто не отрицает. Понятно, что если создать уникальные экспериментальные условия, то обязательно получится что-то интересное для науки, а потом где-то это найдет применение. (То же делается и на Нуклотроне: поляризованные пучки, спектрометры с высокой избирательностью - все это тоже создание уникальных условий, в которых непременно что-то замечательное засветится.) Но линейно наращивать энергии, не обременив себя продумыванием пределов роста, - это, как полагают на «Марусе», самая тупая идеология (аналогичный и наверняка более знакомый читателям пример - политика «Майкрософт», когда все более мощное «железо» и все более «прибамбасные» программы подталкивают друг друга к неосмысленному неограниченному росту). Дубненские же физики, в силу несчастливых обстоятельств, первыми почувствовали перспективность «физики для бедняков» - продуманной и выверенной.
Но эта перспективность пока остается нераспространяемой - подобный подход находит на Западе немного сторонников. И это вполне понятно. Пока «главный поток» лежит в русле стремления к высоким энергиям и работы в огромных коллаборациях, мало кто решится затормозить себе карьеру, «отрулив в сторону» - кто знает, примут ли потом обратно? Мало кто захочет осложнить себе жизнь, отказавшись от пятилетних контрактов или грантов в составе большого эксперимента в пользу нескольких однолетних экспериментальных работ. Мало кто из не-ядерщиков (электронщиков, программистов, криогенщиков) пожелает связываться с небольшими установками, где уже ставшие стандартными формы разделения труда и кооперации не срабатывают (а попросту говоря, для узких специалистов работы слишком мало и она малоинтересна, поскольку «повторяет пройденное»). Например, руководство Брукхейвенского ускорителя в США (с энергией 13 ГЭВ) сперва очень заинтересовалась программой работ на Нуклотроне и вознамерилась выполнить ее (раньше, чем в Дубне) , снизив энергию пучков до дубненских значений. Но для сотрудников Брукхейвена эта идея человечески и карьерно неинтересна. Похожее отношение и у дубненских узких специалистов, но тут марусинцам помогает «ситуация безрыбья».
Словом, хотя в своих исследованиях по автомодельности, в своей «физике для хитроумных» они и стоят против основной струи, надежд на «поворот рек» они не питают (да и то: если прекратятся большие коллаборации, где сможет подзаработать дубненский физик?) Но свое место в науке - занимают уже прочно.
Я хотел одного: рассказать, что можно, черт возьми, делать сегодня в России науку. Что можно не бросать свое дело, не расставаться с «Марусей», можно думать головой и варганить что-то умное руками, несмотря на пожатья плеч: «Кому, мол, теперь это нужно», несмотря на то, что силы иссякают, а безденежье достает окончательно. Но вот Антон Балдин сказал мне так: «Человеку хочется вложить кусок жизни во что-то большое и светлое, что можно было бы объяснить детям. А у нас все люди семейные. И воспитание таково, что хочется быть в хорошей группе, где люди друг друга поддерживают или помогают.»
Пусть, пусть многие сбежали из науки. Но остались-то самые лучшие.
Я хотел объясниться им в любви.
Об авторе:
Копылов Геннадий Герценович, к.ф.-м.н., гл. редактор альманаха «Кентавр»
117449 Москва, ул.Гримау, 7-3-6
126 20 69 (д)
kopylovs@mtu-net.ru