Доц. Леандър Литов: Надникваме в първия миг след Големия взрив

България има водещо и достойно участие в Големия адронен колайдер, казва ръководителят на българския екип учени в ЦЕРН.

След повече от две години прекъсване за модернизация и двойно вдигане на енергията на сблъсък на частиците Големият адронен колайдер се готви да търси така наречената нова физика.

С какво ще се занимава най-големият ускорител на частици в света след откриването на Хигс бозона и какво е мястото на българския екип в ЦЕРН, разговаряме с ръководителя на нашите учени в Европейската организация за ядрени изследвания доц. д-р Леандър Литов.

Доц. Литов, започнахте ли експериментите на ускорителя? Появи се информация, че той ще стартира през месец май, а междувременно стана ясно, че е уточнена масата на Хигс бозона.

И двете информации са верни в различен аспект. Да започнем с втората. Действително миналата седмица официално публикувахме съвместна работа на двата експеримента – CMS и ATLAS. Ние направихме нещо уникално – събрахме данните от двата експеримента и ги обработихме съвместно, като по този начин увеличаваме значително статистиката, което ни позволи да измерим с прецизност, по-добра от 0,2%, масата на Хигс бозона. Този резултат беше публикуван миналата седмица – 125,09 гигаелектронволта, плюс-минус 0,20.

Това е много хубав резултат и е уникален, защото много трудно се обработва информация съвместно от два различни експеримента. Двата експеримента са доста различни и отчитането на всички възможни влияния на апаратурата никак не е тривиално, защото те използват различна апаратура.

Така че това е едно много добро достижение и аз мисля, че това е резултат, който много години ще стои като основен и ще бъде цитиран от всички хора, които се занимават с физика.

Иначе за ускорителя историята е следната. Той трябва да бъде реално готов за работа днес (23 март – б.а.). Това означава, че последният сектор, в който се включват магнитите, трябваше да бъде готов до неделя вечерта. Днес най-късно и той трябва да бъде готов за работа.

Оттам нататък започва един доста дълъг процес на пускане на ускорителя. Което означава, че първоначално ще бъдат инжектирани снопове в него от SPS – по-малкия ускорител, без да се ускоряват да минат през целия кръг, да се види, че всичко работи както трябва.

След това ще започнем да ускоряваме тези снопове, ще започнем да работим в един режим, после ще сменим този режим и цялата тази процедура, ако всичко е наред, ще трае горе-долу два месеца. Примерно в края на май очакваме да имаме реален режим на набиране на данни, което означава, че имаме стабилни снопове, със свойствата и качествата, които очакваме от тях, и започваме набор на данни. Ориентировъчно някъде в района на 20 май.

Засега нещата вървят много добре. В интерес на истината, трябва да спомена, че колегите, които се занимават с ускорителя, се справиха блестящо с всички задачи – там имаше немалко предизвикателства, които трябваше да бъдат решени. Те успяха да се справят, така че ние се надяваме ускорителят да започне работа.

Едновременно с това върви един много важен процес – детекторите, които работят на този ускорител, също бяха в продължение на две години отчасти ремонтирани, там, където някакви проблеми са възникнали, са отстранени, а освен това и двата детектора бяха доизградени, така че да могат да работят при по-високи енергии и по-високи интензивности на сноповете.

Аз мога да кажа за CMS, но знам, че същото е вярно и за останалите три детектора на LHC. Детекторите са готови за набор на данни. В петък (20 март – б.а.) затворихме CMS, включихме си магнита, всичко работи, от днес имаме хубави наблюдения на частици космическо лъчение, които се регистрират от детектора.

Приключваме, тоест тръбата вече е готова да пусне сноп, той може да премине през нашия детектор, така че вече всичко трябва да е наред.

И така започва един бавен процес. Нашата работа често е доста скучна действително, защото трябва да се измине една изключително тежка и дълга процедура по пускане на тази апаратура, тя е много сложна, много е комплексна.

Не става само с натискане на копчето?

Не, не става само с натискане на копчето, но се опитваме дотам да го докараме – да натиснеш копчето и всичко да тръгне.

Възможно ли е това да не е частицата на Хигс? През ноември м.г. екип датски изследователи публикуваха анализ в сп. Physical Review D, в който твърдят, че такива данни може да се получат и от други частици. Според тях това може да бъде така наречената техни-хигс частица, която е подобна на частицата на Хигс.

Ние имаме така наречения Стандартен модел. В рамките на този Стандартен модел се предсказва не само съществуването на тази частица, но и ред нейни свойства – колко е времето ѝ на живот, как се разпада, по какви моди, каква е вероятността за разпад. Така че ние натрупахме един доста богат материал и от всички изследвания и резултати, които имаме в ръцете си, се вижда, че тази частица притежава свойства, такива каквито предсказва Стандартният модел, в рамките на точността, с които тези характеристики са измерени.

Вие знаете, че всяко измерване се прави с определена точност, има някаква грешка в него. В рамките на тази грешка предсказанията на Стандартния модел съвпадат с това, което наблюдаваме.

Това е първото твърдение. Иначе има ред разширения на Стандартния модел, в които се предсказва съществуването на Хигс бозон или частици, които са много подобни, изпълняват горе-долу същите функции, но които имат леко по-различни свойства от това, което предсказва Стандартният модел. Затова пак се връщам – ние в момента не можем да кажем, че тази частица, която наблюдаваме, с тези свойства, които наблюдаваме, е нещо различно от Хигс бозона в Стандартния модел.

В рамките на т.нар. суперсиметрични модели се предсказва, че трябва да съществуват пет Хигс бозона. Единият от тях практически по своите свойства е много близък до това, което предсказва Стандартният модел. Така че тук малко трудно се прави такова разделяне, поне докато имаме само тази една частица. Ако имаме още нещо, тогава е много по-лесно.

В случая става дума за т.нар. техни-цвят модели, които пак са един от видовете класове модели, които обобщават Стандартния модел и в рамките на които се предсказват частици, подобни на Хигс бозона.

По принцип, когато строите разширение на Стандартния модел, естественото изискване е, че това разширение съдържа в себе си Стандартния модел, и е ясно, че трябва да съдържа същите частици, които са в Стандартния модел, защото ние ги наблюдаваме.

Това е принципът, по който се строят тези разширения, и е задължително изискване. Защото ние знаем, че Стандартният модел работи. Имаме ред въпроси, ред неща, които не ни харесват в него, но той е работещ модел. Ние знаем, че е верен и че описва достатъчно добре тази част от материята, която познаваме.

Хигс бозонът ли беше последното липсващо звено?

Последното нещо, последната тухличка, така да се каже, от сградата на Стандартния модел беше Хигс бозонът, но тя беше толкова важна, че имаше опасност сградата да се срути без нея. Така че ние я намерихме, видяхме, наместихме и тя си влезе на мястото, където трябваше да влезе. Това – казано образно.

Така че ние считаме, че Стандартният модел е окомплектован. Разбира се, имаме още доста да поработим – по-прецизно да изучим свойствата на същия този Хигс бозон. Пак с цел да видим дали той съвпада с наистина вече прецизното измерване, съвпада с това, което се предсказва в рамките на Стандартния модел, или може би има малки отклонения, което пък ще ни даде указания накъде да се движим.

Ще търсите ли „новата физика“?

Ще търсим нова физика, да, всякакви явления или частици, които не се описват в рамките на Стандартния модел, се наричат „нова физика“. Това е дефиницията на понятието „нова физика“ в случая.

Ще се опитаме да наблюдаваме тъмната материя. Увеличението на енергията на ускорителя ще ни позволи да раждаме по-тежки частици. Ако тъмната материя е съставена от частици с маси, които можем да раждаме на този ускорител, има шанс да ги наблюдаваме и съответно да отговорим на въпроса, от какво е съставена тъмната материя.

А суперсиметрията?

Може и суперсиметрия. Макар че суперсиметрията почти сме я закрили. „Почти“ в случая означава следното нещо. Във всеки един теоретичен модел  имаме някакви параметри и ние сме закрили една огромна област от възможните значения на тези параметри. Оттук нататък има области от значения на тези параметри, които още не са изследвани, така че суперсиметрията не е закрита докрай.

Аз само ще ви напомня за Хигс бозона – как се случи историята на неговото наблюдение. Ние знаехме, че неговата маса е някъде между 0 и примерно 800 гигаелектронволта и изследвахме целия диапазон от маси в продължение на 48 години и последният, най-труднодостъпен диапазон за изследване беше в района да кажем от 115 GeV до 127 GeV.

Оказа се, че той е точно там. Това беше последното място, което успяхме да достигнем много трудно, но се оказа, че неговата маса е точно в този диапазон, до който ние дълги години нямахме достъп, не разполагахме с такава техника, такива ускорители.

Могат ли да се родят мини черни дупки на ускорителя?

Да, разбира се, могат – при някои условия. А условията са прости – първо, че Вселената има повече от четири измерения, например десет. Ако считаме, че теорията на струните е вярна и че моделите, които са базирани на теорията на струните, са верни, там се предсказва, че пространство-времето би трябвало да има повече от четири измерения.

И цифрата 10 не е случайна, не защото 10 е кръгло число, а това е размерността, в която коректно можете да формулирате струнните теории, така наречените суперсиметрични струни. Другата предпочитана от струните размерност е 26. Оттам идва идеята, макар че тя е доста стара – че ние имаме повече от четири измерения.

Ще търсите ли черни дупки?

Да, ще търсим и ако започнат да се раждат, това еднозначно ще говори, че пространство-времето има повече от четири измерения. Това ни е един от хубавите критерии да познаем колко са измеренията. Ще докажем, че виждаме, чувстваме и усещаме едно много малко парченце от тази Вселена и във всеки случай – не всички нейни измерения. А дали това е така, или не – опитът ще покаже, опитът ще даде отговор.

Само искам да отбележа, че така наречените черни дупки, които ние ще раждаме, не застрашават никого, защото това са чисто квантови обекти, с много малки маси и много малки размери и те практически в момента, в който се родят, се изпаряват.

Тоест те се разпадат и това, което ние ще наблюдаваме, за да разберем, че се е родила такава черна дупка, са продуктите от нейния разпад. Това са критериите, по които ние можем да установим нейното раждане.

Наистина имаше паника, преди да заработи Големият адронен колайдер. Говореше се, че той ще отвори черна дупка, която ще погълне Земята.

Многократно съм казвал, че не знам какво ще наблюдаваме на този ускорител, но знам едно със сигурност – че няма да навредим на никого по никакъв начин. Обяснението е много простичко. Това, което ние правим на ускорителя, е следното нещо: вземаме протони с много високи енергии и ги сблъскваме.

Същите тези процеси протичат в атмосферата на Земята – от Космоса до Земята долитат протони с енергии, каквито имаме на ускорителя в ЦЕРН, и даже много по-високи енергии. Те взаимодействат с ядрата, тоест с протоните от ядрата на въздуха, и дават точно същите реакции, там протичат точно същите процеси, които и на Големия адронен колайдер.

Разликите са две. Първо, че този експеримент в атмосферата на Земята върви от 4 млрд. години, там вече е натрупана огромна „статистика“, така да се каже, и нищо страшно не се е случило – ние сме тук и разговаряме с вас, значи всичко е наред. А втората важна разлика е, че ние просто правим всички тези процеси в лабораторни условия, така че да можем наистина да контролираме какво и как се случва.

В желанието да се направи „теория на всичко“, която да обедини квантовата и класическата физика, се предсказват прекалено много частици в т.нар. зоопарк на елементарните частици. Не ви ли смущава това?

Нека да сложим нещата в правилен порядък – какво знаем и какво не знаем. Ние познаваме някаква част от Вселената, познаваме някакви частици и те горе-долу съставляват около 4% от съдържанието на Вселената. Това, което не знаем, е тъмната материя, не знаем от какви частици тя е съставена. Във всеки случай знаем, че това не са частиците от Стандартния модел. Следователно ние така или иначе знаем, че има още други някакви частици в природата, които все още не сме наблюдавали експериментално.

Знаем, че Вселената се разширява. Не знаем защо се разширява точно по такъв начин, по който това разширение протича в момента. Всички тези неща искат своето обяснение.

Знаем още нещо – че в природата има поне четири вида взаимодействие. Стандартният модел описва три от тези четири взаимодействия – силни, слаби и електромагнитни. Гравитацията някак остава настрани. Нашето сегашно разбиране е, че ако ние искаме да направим модел на всичко, тоест модел на цялата Вселена, който описва всички процеси, които протичат в нея, то неминуемо трябва да включим и гравитацията в тази компания. И да се опитаме да намерим едно единно описание на всички видове взаимодействие. Това обединение никак не е тривиално.

Работата е там, че гравитацията, както между впрочем и масата, са две неща – едното е взаимодействие, другото е физическа характеристика, които са свързани пряко със свойствата на пространство-времето. Така че това, което на нас в момента действително ни се губи, това е структурата на пространство-времето.

Това, което се опитваме да разберем, е именно структурата на пространство-времето. Тогава това ще ни даде отговори на въпросите, как можем да обединяваме гравитацията и останалите взаимодействия, как можем да построим единен модел, а колко частици има – аз не знам колко частици има в природата. Ние сме открили някакви, трябва да има още, не ги знаем какви са, надяваме се някой ден да ги открием.

Не е проблемът в това колко са – много или малко, проблемът е какво знаем и какво не знаем за тях.

Как се отнасяте към антропния принцип? Създадена ли е нашата Вселена специално заради нас? Някой нагласил ли е константите да са точно такива?

Аз съм по-склонен да си мисля така – че ние не бихме могли да съществуваме, ако те бяха по-различни. И това е едно вярно твърдение. А другото – не бих казал, не знам. Факт е, че ние съществуваме и съществуваме във Вселена, в която нашето съществуване е възможно.

Смятате ли, че Вселената може да се ражда спонтанно от нищото, както казва Стивън Хокинг във „Великият дизайн“?

О, да, има няколко неща. Да започнем с Големия взрив. Имаме модел, който описва как се развива Вселената. Този модел достатъчно точно и във всеки случай достатъчно добре обяснява това, което наблюдаваме, но не всичко.

Та съгласно този модел като че ли всичко е тръгнало от една точка с безкрайно висока енергия, това е въпросният Голям взрив. Това, което ние се опитваме да правим в ЦЕРН, между другото, е да надникнем какво се е случило в първата една секунда от живота на Вселената. Защото тези енергии, които ние имаме, същите такива енергии са имали частиците примерно в 10^-12 от секундата – това е една трилионна от секундата след раждането на Вселената.

Тоест ние някъде там в момента гледаме – какво се е случило, за да разберем защо тя изглежда днес такава, каквато я виждаме. Защото интересните неща действително са се случили през първата една секунда от нейния живот. Така че ние тази една секунда се опитваме да я възпроизведем някак си и да видим какво се е случило тогава, за да кажем и да разберем как изглежда днес светът.

Има обаче модели, достатъчно добри, които казват, че може би Вселената е минала през нещо много близко до този Голям взрив, без тази сингулярна точка, няма я нулата, липсва нулата.

Тоест излиза, че Вселената е вечна – тя е била някаква, минала е през тази точка, сега върви нанякъде, накъде – ще видим. Това са едни решения на уравненията на Айнщайн, които не предполагат такава сингулярност, от която е тръгнал Големият взрив.

Става все по-интересно.

Много е интересно и в момента има едно такова раздвижване сякаш в опитите да се разбере как е устроен светът, откъде идва тази тъмна материя, ако въобще я има, от какво е съставена, защо Вселената се разширява.

И това е свързано по-скоро чисто и просто със свойствата на пространство-времето. Но всички тези най-разнообразни хипотези имат нужда от експериментално потвърждение. Това е единственият начин да разберем какво е вярно и какво – не.

Каква е работата на българския екип в ЦЕРН?

България участва в ЦЕРН от много години, още през 60-те години  първите български физици посещават организацията. Тогава това са теоретици, постепенно по-късно започва включване в научните програми на ЦЕРН, но сериозното ни участие започна някъде в района на 90-те години на миналия век, когато ние формирахме достатъчно голяма и мощна група да участва в експеримента CMS.

Беше много важен момент, защото експериментът е огромен и ако вие искате да направите нещо, което е видимо за всички, то е необходимо да концентрирате целия си потенциал. България не е толкова голяма страна, няма толкова мощен научен потенциал. Затова, за да постигнете нещо, е необходимо да го концентрирате в една точка. Тогава правите нещо видимо, което, слава Богу, ни се получи.

България е член на ЦЕРН от 1999 година. Мисля, че изградихме едно много добро и достойно име в тази организация и там като кажете „България“, те казват „Аха, ние знаем, те правят това, това, това…“ Което е добре за страната ни, защото това създава образ на една високотехнологична и добре образована нация.

Иначе, що се отнася до експеримента на ускорителя LHC, споменах, там има четири експеримента. Два от тях са многоцелеви експерименти – единият ATLAS, другият CMS. Два са по-специализирани, два – по-малки. Ние участваме в единия от двата големи – в CMS, при това от самото начало на създаването на колаборацията CMS. По онези времена, когато ние започнахме да работим по този проект, сигурно работеха 30-40 души. В момента колаборацията CMS е около 4000 души.

След това ни се удаде възможност и успяхме да направим няколко доста важни неща. Първо, участвахме доста активно в дизайна на детектора, след това в една от системите, която се нарича адронен калориметър. Ние се занимавахме както със самата идеология, как тя трябва да изглежда, така и с производството на прототипи и техните тестове в сноповете на ускорителя SPS.

Тогава LHC още го нямаше, след което произведохме в България една съществена част от този детектор – около 700 тон. По-късно се включихме в една друга система, която се нарича камери със съпротивителна плоскост.

Това е система от детектори, може би най-голямата в детектора CMS, защото тя покрива площ около 4000 кв. м и от нея четем 150 000 канала информация. Там България има, аз мога смело да кажа, в момента водещо участие в създаването на тази система, нейната поддръжка и съответно огромни отговорности за нейната добра работа. Нещата вървят нормално засега, така че всичко е наред.

Разбира се, ние участваме не само в създаването на апаратурата и в набора на данни с тази апаратура, но също така и в анализа на данни.

Разкажете ни за стажантската програма в ЦЕРН, за която стана ясно в началото на март. Какви са условията за участие в нея?

Това са няколко програми, те работят перманентно, просто от време на време журналистите стигат до тази информация. Има няколко типа програми.

Първата е за студенти. За студентите се правят две неща – едното е т.нар. летни студенти, това е един курс от три месеца в ЦЕРН през лятото, когато студентите примерно половин ден слушат лекции от водещи в света учени в областта на физиката на елементарните частици, а във втората половина от деня работят по конкретни задачи в конкретни експерименти.

Друга програма, която е отново за студенти, е т.нар. Technical Students, тоест технически студенти, там студентите вече могат да стоят в ЦЕРН от шест месеца до една година, но тя е ориентирана към хора, които са с по-технически уклон, това е приложна физика, инженери, информационни технологии и т.н.

И за двете програми изискването е хората да са завършили поне трети курс. България доста активно участва в тези програми. След това има докторантска програма – отново тя е насочена не към физици, а към хора, които се занимават с приложна физика, или инженери.

Изискването е обаче кандидатите за докторанти в ЦЕРН да са зачислени преди това в университет, защото ЦЕРН не е университет. А доктор е образователна степен, както знаете, така че човек първо трябва да е докторант в България, а след това може да си подава документи да бъде докторант в ЦЕРН.

Има и „postdoc“ позиции – това е за хора, които вече имат защитена докторска степен, и получават стипендия, с която могат да работят до 3 години в ЦЕРН.

Това е за младите хора, има още две програми, които са вече за така да се каже по-зрели учени, едната пак позволява престой от 2 до 6 месеца, а другата – тя вече е за утвърдени учени, която е за срок пак една година работа в ЦЕРН.

Това са програмите, които позволяват много млади хора да преминават през организацията, да повишават квалификацията си, след това тези знания и умения те ги носят обратно в страните, от които са дошли.

А останалите програми пък дават възможност хора, които работят по тематики, свързани с ЦЕРН, да прекарат известно време в организацията и да не се откъсват, така да се каже, независимо че си стоят в собствената държава, примерно преподават в университети или нещо подобно.

Имат ли шанс да продължат работа там, или всички програми са временни?

Различно е, общо взето има отделна система за наемане. Щатният състав на ЦЕРН са около 2600 души. Различните програми, различните видове студенти, докторанти и асоциирани учени –  са още около 1000 души. Отделно системата има временни и постоянни договори. За да започне работа, човек обикновено минава през временен договор – до пет години, и след това малък процент имат шанс да останат на постоянен договор в ЦЕРН.

Искам да обърна внимание, че от тези примерно 2600 души физиците са около 200. Останалите са инженери, информатици, техници, пожарникари. ЦЕРН е една огромна инфраструктура и основната задача на щатните служители е да поддържат в работещо състояние тази инфраструктура. Към тях обаче идват още едни 10 000 души от цял свят, които правят изследвания в ЦЕРН. И там вече са болшинството физици.

Какво мислите за науката в България? Има ли бъдеще според вас?

Първо, аз по природа съм човек оптимист. Второ, считам, че наш дълг е, да кажем на по-възрастното поколение, да направим всичко възможно не само да разнасяме името на България с чест и достойнство извън пределите на страната, но и да направим всичко възможно в България да има наука на високо ниво.

За съжаление през последните 20 години науката в нашата страна системно се унищожава. Това означава, че беше направено всичко възможно, по-скоро не беше направено нищо, в резултат на което се получи това унищожение. Така че нивото спада, спада много бързо, българската наука се обезкървавява, което е най-страшното, тоест в момента в страната ни хората, които се занимават с наука, са основно възрастни хора в предпенсионна или пенсионна възраст. Младите хора нямат нормални условия за  работа в страната ни и я напускат.

Всичкото това се дължи на липсата на политика както в областта на висшето образование, така и в областта на науката. Сега може би има някакви шансове малко да живнат нещата, в смисъл такъв, че ще има тази оперативна програма за наука и образование, която би трябвало да внесе една нелоша инжекция както в БАН, така и в университетите в няколко направления.

Да се надяваме, че ние обаче ще имаме все още нужния научен потенциал, за да усвоим тези средства ефективно, така че да създадем база същите тези млади хора, които са в момента извън България, да се върнат тук. Извън България има много млади хора, които са блестящи учени, работят на различни места по света, въпросът е да създадем такива условия, че те да имат стимул се връщат и да работят в България. А ефектът от връщането на такива хора е мултипликативен.

Така че за съжаление в момента не съм голям оптимист, за съжаление в момента нещата не вървят на добре. Не вървят на добре както във висшето образование, така и в чисто научните организации.

Смятате ли, че излизат учени с по-лошо качество и с по-малко знания?

Сложно е. Учените не могат да бъдат с по-ниски или с по-добри качества, един човек или произвежда научен продукт, или не го произвежда. Този, който е учен, той произвежда качествен научен продукт. Науката не е българска, не е европейска, науката е световна, вие или имате нов резултат, който можете да публикувате и той е за първи път в света, или нямате никакъв резултат. Там нещата са ясни.

Но има няколко проблема. Първият проблем е, че най-напред, след завършване на средно образование, в действителност най-способните български младежи напускат страната и отиват да учат в чужбина. Като правило тези, които остават в България, са по-лошо подготвени. Това създава проблеми. Вторият проблем е свързан с това, че финансирането в университетите е изключително орязано.

Не мога да кажа за хуманитарните дисциплини как стоят нещата, но мога да кажа еднозначно, че в областта на природните науки светът се развива с бясна скорост. Това предполага, че когато вие обучавате студент, трябва да го обучавате на възможно най-съвременното знание и боравене с апаратура. Само че вие, за да обзавеждате лаборатории и да провеждате съвременен обучителен процес, трябва да имате съвременна апаратура в тези лаборатории.

Когато няма нормално финансиране на това обучение, няма как вие да провеждате и нормално обучение. Ние някак си все още успяваме да го правим, но трябва да ви кажа, че сме на ръба. Тоест тук техниката, с която ние разполагаме, е изключително остаряла вече, а това се отразява на качеството на подготвяните студенти.

Иначе има области и групи, където науката се прави на световно ниво. Пак обяснението е много просто – преди години в България оживяха тези направления на науката, в които имаше добро международно сътрудничество, защото ние оживяхме благодарение на помощта отвън, на колегите, с които работим.

И тези групи, които останаха в България и работят тук, те имат изградено добро международно сътрудничество, съответно изградена мрежа от контакти, и наистина правят изследвания на световно ниво. Тоест малкото, което го има, е качествено.