– Навіщо нам взагалі колайдер, і як воно все працює?

– Уявіть періодичну систему в хімії та її елементи. У фізиці є подібна система, вона називається Стандартною моделлю, а її складники — це елементарні частинки.

Європейська організація з ядерних досліджень (CERN) збудувала прискорювач цих частинок – найбільший та найпотужніший у світі. Тут розробляють  передові технології для досліджень елементарних частинок на Землі та в космосі.

Великий адронний колайдер (ВАК) — це круговий підземний тунель завдовжки 27 кілометрів, що зачіпає Францію і Швейцарію. У ньому зіштовхуються пучки протонів, які колайдер розганяє так, щоб між собою зіткнулися їхні елементарні частинки — кварки і глюони. Коли це відбувається, народжуються нові екзотичні частинки.

ВАК будували для того, щоб перевірити існування бозону Гіґґза. Ця частинка мала би існувати, якщо Стандартна модель правильна – і нещодавно її експериментально довели. А тепер ми шукаємо дані, які прояснили б зокрема темну матерію та темну енергію.

Я думаю, що на побуті людей відкриття з Великого адронного колайдера у найближчі 50 років не відобразяться. Бо такі відкриття зазвичай потребують десятків років для практичного застосування. Бракує технологій, щоб вивести ці досягнення на практичний рівень, як це було колись із теорією відносності Айнштайна. А тепер на її принципах працює, наприклад, супутникова навігація у смартфонах.

– Чому цей колайдер називають великим? Є ще якийсь?

– До ВАК найбільшим був Теватрон у США. Він втричі менший, з 2011 року не працює. Наш колайдер у тисячу разів швидше за Теватрон створює однакову кількість найважчих частинок Стандартної моделі — топ-кварків. Чим більший колайдер, тим краще адрони розганяються в ньому, оскільки менше енергії витрачають на рух по колу. Так вчені краще досліджують елементарні частинки за коротший час.

– Якщо загуглити «великий адронний колайдер», ми побачимо своєрідне техногенне коло. Для чого потрібна ця штука?

Це детектор всередині колайдера, їх по всьому тунелю декілька. Вони потрібні для різних експериментів. Всередині них багато менших детекторів, які детально вимірюють різні властивості окремих частинок. В центрі тоненька трубка, в якій, власне, і стикаються пучки протонів. Але на фото її немає.

Протони запускають саме пучками, щоб принаймні одна пара точно зіткнулася і показала найсильнішу взаємодію. Коли ці пучки зіштовхуються, вони утворюють нові частинки, які пролітають крізь декілька шарів менших детекторів. Сигнали з їхніх сенсорів потрапляють у комп’ютери, потім їх обробляють спеціальні алгоритми, і ми бачимо, в яких точках детектор ці сигнали зареєстрував. Це потрібно для того, щоб реконструювати на комп’ютері адронні зіткнення і дізнатися більше про отримані частинки.

– Подейкували, що адронний колайдер може зруйнувати планету. Так наскільки ж він небезпечний?  

– Чорної діри наш колайдер утворити не може. Вона з’являється там, де надто щільно сконцентрована дуже велика маса, а у ВАК просто нереально створити такі умови.

Якщо наш колайдер рване, то максимум виведе з ладу себе самого, можуть постраждати працівники. Але радіація людство не зачепить, бо її тут набагато менше, ніж у атомних реакторах.  

До речі, колайдер уже вибухав десять років тому, і здається, ніхто не постраждав. В одному з детекторів розплавилась деталь, що призвело до перегрівання та вибуху. Всю систему запустили за рік, відтоді все працювало нормально.

– Що відбувається на CERN у ці дні?

– Працівники напружені більше, ніж зазвичай, бо колайдер запускають після технічної перерви. Хоч усе працює стабільно, нові конфігурації на колайдері можуть лагати, і це треба швидко виправляти.

Минулого тижня тут взагалі було людно, бо з’їхались учасники нашої команди, дослідники читали доповіді про успіхи в роботі, обговорювали аналітику даних та роботу детекторів, визначали плани на кілька місяців.

– Що ти там робиш?

– Кілька разів на рік я приїжджаю сюди з Національного інституту ядерної фізики в Турині. Відрядження зазвичай тривають тиждень-два. Працювати з даними CERN я можу будь-де, а у відрядження їду через необхідність особистих контактів з фахівцями та потребу в роботі з обладнанням CERN. Так працює більшість колаборацій.

Я учасник дослідницької колаборації CMS, яка працює з детектором Компактний мюонний соленоїд. На прикладі його фото з Google я розповів про детектори. Цей пристрій досліджує Стандартну модель і частинки, які могли би утворювати темну матерію. Але ми аналізуємо і багато інших речей, не обов’язково пов’язаних з нею. До речі, CMS був одним з детекторів, з допомогою яких дослідники відкрили бозон Гіґґза.

.

Мій інститут відповідає за частинку детектора, на фото це товсте жовте коло в центрі. Воно називається електромагнітним калориметром. Коли пучки зіштовхуються, через нього проходить майже все, що з’являється внаслідок зіткнення.

У мене три функції. Перша — це фізичний аналіз для моєї наукової роботи. На 80% це написання коду для зручного пошуку даних, які мені знадобляться. Я досліджую властивості найважчих елементів Стандартної моделі — топ- і боттом-кварків.

Друга функція — це чергові зміни. Я стежу за сенсорами калориметра в контрол-румі і викликаю фахівця, якщо виникають проблеми, які я вирішити не можу. Іноді я детектор-он-кол, маю бути на зв’язку 24/7 і в 30 хвилинах від детектора CMS.

Третя функція — сервісна. Це переважно робота з Турина, коли я працюю над тим, що корисно всій колаборації або її частині. Востаннє я так писав код для моніторингу калориметра.

У нас є особливості: в експериментах CERN автори наукової статті це не п’ятеро безпосередніх авторів, а три тисячі людей, які працювали в колаборації. Автори — це і ті люди, які створили до нас алгоритми обчислень, і будівельники детектора, і працівники змін на детекторі та усі сервісні працівники, бо без них цього б дослідження не вийшло.

– Як минув твій останній робочий день?

– Я прокинувся о 8 ранку, півгодини їхав до CERN. Працював я лише з кодом,  намагався зрозуміти деякі розбіжності. Поїхав додому о 12 ночі.

– А як виглядає твоє робоче місце?

На більшому моніторі відтворене зіткнення двох пучків протонів. Детектор записує сигнали під час зіткнення, алгоритми відтворюють інші деталі, а потім це зіткнення показує програма. Воно вдале, бо утворилися кілька масивних частинок.

Mac мені потрібен для програмування. Для цього він зручніший за комп’ютер на Windows. Зараз розбираюся з аналізом, в якому треба розглядати саме візуальні дані. Зазвичай ми працюємо з цифрами, а ці картинки більше для реклами, щоб ви подивилися, які ми молодці.

– Що є у тебе на робочому столі, чого немає в інших?

У інших, мабуть, немає на столі дозиметра, роздрукованих статтей з аналізами нашої групи чи іншого подібного експерименту і журналу CERN Courier з основними новинами зі світу фізики високих енергій.

Зараз немає, але зазвичай на столі лежить «Particle data group listing» — це збірка головних відомих величин у фізиці високих енергій. Вона видається раз на кілька років, є онлайн, але приємніше відкрити паперову сторінку. Користуюся нею, коли не дуже довіряю пам’яті. Ще у мене стоїть біла металева банка для води, я її отримав на шару в Женеві на автомобільній виставці.

– Без чого ти працювати точно не можеш? Щось має постійно бути увімкненим\ бути постійно під рукою?

– Не зможу працювати без ноута, бо потрібно через пошту спілкуватися з групою; без великих обчислювальних кластерів, бо у нас дуже об’ємні аналізи; без кабельного інтернету, щоб з кластерами був надійний зв’язок.

Коли продумав роботу наперед і можу не сильно концентруватися, вмикаю музику. Італійська підвищує мовні навички і допомагає вижити в країні, де я працюю. Частіше слухаю електроніку: Polygrim, Parallels, Probspot, Daft Punk, Sigur Ros. Іноді — Бабкіна, Океан Ельзи, Один в каное, Сальто назад. Ще дуже сподобався останній альбом Onuka.

А от жую на роботі мало.

– До речі, а що відбувається у вашій їдальні? Чим вас там годують?

– В їдальні люди майже нічого не обговорюють крім роботи. Керівники середніх ланок жаліються на пресинг згори, бо від них вимагають більше результатів, особливо жаліються на це ті, у кого скоро захист дисертації. Після дев’ятої вечора їдальня перетворюється на своєрідний бар: тут можна випити пива і вина, колеги займають по декілька столів одразу, розкладають закуски та алкоголь і говорять до ночі про життя і фізику.

Мої улюблені страви там — це французькі десерти, я не знаю їхніх назв. Можна взяти стандартну їжу: піцу, суп, є шведський стіл з салатами та овочами, моцареллою тощо. Не їм третини меню, бо я вегетаріанець.

– Працівники CERN якось користуються тим, що працюють на прикордонні?

– Майже всі живуть у Франції, бо там дешевше, а в Швейцарії платять більше. Я теж живу на французькому боці. Через все це зранку тут затори на шляху до CERN, а ввечері — назад.

Щоб розважитись у якійсь цивілізації в Женеві, від CERN треба їхати 40 хвилин трамваєм. А на французькому боці найближче за все села, туди можна поїхати в супермаркет.

– Що особливого для тебе в цих відрядженнях?

– Я ходжу на семінари, спілкуюсь там з більш досвідченими вченими про свої завдання, говорю з колегами, з якими зазвичай ми просто переписуємось. У CERN багато української наукової тусовки, тому конференції та семінари під час відрядження — це гарна нагода побачитись. І взагалі мої найближчі колеги по духу — це українці з часів аспірантури в Гамбурзі.

– Робота в ЦЕРН розвинула в тобі якість звички? Може, якихось позбавила?

– Я навчився не брати на себе зайву роботу, бо в колаборації зазвичай купа завдань. Раніше я не вмів відмовити, а потім не вкладався у дедлайн.

Тут треба бути більш дипломатичним, ніж у менших групах. Коли ти пишеш листи, копії зазвичай отримують й інші члени групи. Тому що б ти не сказав, це бачать багато людей, і треба враховувати сприйняття одразу багатьох.

В міжнародних колабораціях виграють пробивні, і тут, мабуть, конфлікт з українськими традиціями. Скромність у мені все одно сидить і блокує мене, але я стараюся змінюватись.

– А рутина бісить? Як ти з нею живеш?

– Моя рутина — це написання програм, і бісить вона лише коли щось у цьому ланцюгу не працює. Я довго шукаю банальні помилки. Коли задовбуюсь, іду на прогулянку. Якщо робота триває до ночі, то йду спати, а на ранок рішення приходить саме собою.

Коли пишу статтю, теж буває складно. Я сповнений ентузіазму, але стомлююсь писати очевидні речі, які, щоправда, очевидні лише для мене і моєї колаборації. Плюс потрібно підбирати правильні терміни, це складно, бо ми користуємось жаргонами. Я вичищаю текст від зайвих the, морочуся з таблицями, шукаю посилання на готові доробки — все це довго.

– А прокрастинація буває?

– Так, коли нічого не горить. Фейсбук — це головний її осередок. Хоча зараз у мене багато різноманітної роботи, я не встигаю знудитись і майже не потерпаю від стресів.

– Без яких навичок було б важче?

– Гіперактивній людині така наука не підійде. І важливо мислити аналітично, бо треба постійно думати про інтерпретацію даних і її покращення.

– І що, романтично займатися наукою?

– Сучасні технології цю романтику трішки вкрадають. В центрі мого монітора видно зелені криві — це траєкторії заряджених частинок.

Ми їх не бачимо, бо вони утворюються завдяки електричним імпульсам детектора під землею. А коли мій науковий керівник писав аспірантську, це виглядало інакше: щоб побачити траєкторії цих частинок, він працював з посудиною всередині великого магніту. У посудині був рідкий гелій. Під час реакції гелій закипав у тих місцях, де пролягала ця траєкторія. Це були мікроскопічні бульбашки, їх фотографувала спеціальна камера, і траєкторії можна було споглядати в реальному часі. Тобто мій керівник, як і я, просто спостерігав за реакцією, але він аналізував траєкторії по бульбашках. Мені було б цікаво попрацювати з цим так, як колись.

Мені взагалі здається, що популяризатори науки надто яскраво висвітлюють захоплення науковця своєю роботою. Людина не може бути постійно захопленою тим, що робить. В науці треба рахувати інтеграли й похідні, якщо ти теоретик, або довго робити одне й те ж на якомусь обладнанні, якщо ти експериментатор. Можна витратити цілий день на те, що не вийде. Ейфорія виникає лише коли ти досягаєш того, що планував, чи отримуєш неочікуваний результат.

З усіх даних, які ми набираємо, нас цікавить їхня дуже маленька частина. І коли її знаходиш, то це кайф, бо про неї ж майже ніхто не знає.

– А що тебе тоді надихає працювати?

– Я отримую піднесення на конференціях, коли бачу, що людей цікавить моя робота. Ти ніби маєш підтвердження того, що все це робив не дарма, і що це справді внесок у фізику.

Я працюю в науці просто тому що подобається. У мене немає натхненника, але є люди, яких я вважаю крутими. Наприклад Річард Фейнман — він постійно цікавився тим, як щось працює, і мене захоплює творчість, з якою він підходив до науки (до речі, ось тут можна прочитати уривок з його книги. – Platfor.ma).

– Як ти зрозумів, що тобі потрібна саме ця робота?

– Уже коли почав працювати з фізикою високих енергій. Про елементарні частинки я дізнався з курсу ядерної фізики, і оскільки ядра — це нейтрони та протони, то далі цього ми не дуже і йшли. Про бозон Гіґґза я тоді й не чув.

Про фізику високих енергій нам розповів викладач із КНУ імені Шевченка, він запрошував тамтешніх студентів на стажування в Гамбург. Якось запросив і кількох могилянців, і я поїхав у групі з курсу. Цей викладач підготував нас до всього, ми навіть програмування вчили на ходу. Далі поїхали ще кілька разів і втягнулися, а стабільно я почав з цим працювати на аспірантурі.

В Могилянці була більше теоретична фізика, а в мене чи мізки не ті, чи вчив я щось не так — завжди більше цікавили експерименти. І тут я отримав усе одразу: і експерименти, і статистичний аналіз, і роботу з обладнанням, і програмування.

– Розкажи про випадок із CERN, який ти часто згадуєш.

– Коли відкрили бозон Гіґґза, це був найвидатніший день для нашої колаборації, але я безпосередньої участі у цьому не брав. Весь світ дізнався про цей бозон після семінару в CERN, однак в самій колаборації ця робота не була суперзасекреченою: хтось твітив, у медіа просочувались графіки. Ближче до семінару нам заборонили розголошувати інфу. Тоді відчувалося, що ми працюємо в настільки серйозній інстанції.

– Що такого є в CERN, від чого ти в захваті?

– Вражає те, що CERN — це наче маленька країна, у якій купа підрозділів: пожежні, безпекові, комп’ютерні, газові, радіаційні. Всі потенційно небезпечні місця захищені електронними ключами. Іноді щоб потрапити в таку зону потрібно робити запит, отримувати підтвердження від керівника, що тобі туди дійсно потрібно, а потім ще й пройти онлайн-курс із техніки безпеки, якщо в тій зоні є радіація.

Вражає і те, наскільки серйозно CERN ставиться до донесення своєї науки до людей. У Globe of Science купа медіаінсталяцій для громадськості. Зараз будують іще одну подібну зону.

Є екскурсії, під час яких можна дізнатися історію CERN, зайти в будівлі з детекторами, у контрольні кімнати (ось розповідь про одну з таких екскурсій. – Platfor.ma). Здається, що все записано на рік вперед. Думаю, це круто, бо завдяки цьому громадяни дізнаються більше про побудову світу, а державу це мотивує виділяти кошти на науку.

Ця установа збудувала найкрутіший в світі експеримент, який залишатиметься таким іще довго. Це і потужний майданчик для співпраці науковців з усього світу. Без CERN фізика високих енергій розвивалася би набагато повільніше.

Мені подобається, що тут працюють професіонали, які не просто викладають в університетах, торкаючись лише теорії, а які по вуха занурені в практичну науку.

– А що ти збираєшся робити, коли робота в колаборації завершиться?

– Важко відповісти. Чим ти старший, тим складніше залишитися в цій сфері. Люди з більшим досвідом менше займаються аналізом, а більше керують. Однак таких позицій значно менше, а конкурс шалений. Багато людей просто йдуть у приватні компанії. І це краще робити якомога раніше. В найгіршому становищі опиняються ті, хто залишався в академічні науці до останнього, а потім опинились на вулиці через закінчення контракту. А в приватні компанії старших людей беруть неохоче.

Науковцям нашої області легше, бо ми знаємо програмування, мови, маємо досвід презентування результатів своєї роботи, статистичного аналізу даних, роботи в міжнародних колективах. Зараз багато починають працювати із машинним навчанням, яке також набирає обертів в індустрії.

Мене цікавить наука, я хочу повернутися в Україну, але є і сім’я, потрібно жити. Прожити в Україні, займаючись лише наукою, складно, фінансування надто слабке. Тому я схильний до того, щоби в результаті поєднати в Україні науку і щось прибуткове.