Об этом загадочном устройстве ходит множество слухов. Многие утверждают, что он уничтожит Землю, создав искусственную черную дыру и положив конец существованию человечества. В реальности же это устройство может вывести человечество на совершенно новый уровень, благодаря исследованиям, проведенным учеными. Речь идет об адронном коллайдере. И, как выяснилось, свою толику в развитие науки внесет и наш северный город. Руководитель лаборатории “Фаблаб-Норильск” Евгений Герасименко входит в состав международной рабочей группы, которая занимается разработкой системы обработки данных, полученных в ходе исследований на коллайдере.

– Евгений, что представляет собой Большой адронный коллайдер? – Это огромный кольцевой тоннель под землей, в котором разгоняются разные (если точнее, тяжелые или сильно взаимодействующие) частицы, потом они сталкиваются, а ученые смотрят, что из этого получится.  Одна из главных задач коллайдера – разобраться с самыми мелкими частицами, понять, из чего состоит все на свете, какие частицы реально существуют и как они себя ведут. Например, одна из мельчайших частиц – “бозон Хиггса” – была предсказана достаточно давно, но практически доказать ее существование смогли только на адронном коллайдере, благодаря чему физики смогли наконец завершить Стандартную модель элементарных частиц. – То есть благодаря коллайдерам какие-то предположения физиков-теоретиков получают или не получают реальное подтверждение? – Да, сегодня падающим на голову яблоком не обойтись (про яблоко, кстати, миф). Благодаря исследованиям, которые проводятся на БАКе, классическая квантовая механика получила реальное подтверждение, Стандартная модель сложилась. А вот сторонники теории струн, на тему которой физики так любили писать диссертации последние тридцать лет, пока не смогли показать значимых результатов. Хотя сейчас существует много интересных теорий вроде той же теории струн, петлевой теории, М-теории, в подтверждение которых нас ждут новые эксперименты и новые ускорители. – Что изучает квантовая физика? – Она рассматривает строение вещества и процессы на самом мельчайшем уровне, когда материя является больше энергией, чем чем-то еще. Квантовая физика относится к тем разделам науки, которые непросто представить и понять, поскольку привычные нам законы природы, которые мы наблюдаем в повседневной жизни, там не работают. Этим квантовая физика близка к астрофизике – то, что происходит в нашей, такой большой Вселенной, представить тоже непросто. Но исследования микромира и макромира идут параллельно.  Ведь чтобы понять, по каким законам живет космос – планеты, звезды, сверхновые, черные дыры, необходимо понимать, как устроена сама материя, пространство, гравитация. Каждое новое открытие в этих областях, каждый успех и практическое подтверждение приближает нас к тому, что описывают писатели-фантасты: телепортации, искривлению пространства, передаче энергии на расстоянии. – И как, опыты телепортации уже зафиксированы наукой? – Пока что были успешные эксперименты квантовой телепортации, в которой за счет квантово-запутанных частиц из одной точки в другую передается информация. Но там требуется еще и обычный канал связи, чтобы понимать, что именно передалось через квантовый канал. О перемещении физических тел речь, конечно, не идет, и до этого далеко. Расстояния передачи растут, сейчас в Китае готовятся провести квантовую телепортацию на 1200 км. Возможно, через какое-то время будет возможно телепортировать и физические объекты. Хотя вряд ли это будет телепортация, как показывают в фильмах, скорее – разобрали здесь и собрали там. – Кому принадлежит коллайдер и какова причастность российских ученых к проходящим там исследованиям? – Большой адронный коллайдер построен Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН) на границе Швейцарии и Франции. Его постройка обошлась примерно в шесть миллиардов долларов, и это средства со всего мира. И хотя Россия не является членом ЦЕРН (с 1999 года у нашей страны есть статус наблюдателя), связи российских институтов с европейской организацией были установлены еще в 1960-е годы и успешно продолжаются до сих пор. Более 700 российских ученых и инженеров активно участвовали в проекте создания коллайдера и участвуют в рабочих группах, проводящих там исследования. В прошлом году на LHC подтвердили существование пентакварков, которые были предсказаны учеными из Санкт-Петербурга. Так что Россия вполне представлена как участниками, так и теориями. – Как проводятся сами исследования? – Группы ученых, университеты и исследовательские лаборатории участвуют в экспериментах, которые проводятся в ЦЕРН, предлагают свои идеи, которые могут быть включены в экспериментальную программу на подходящем детекторе. Есть определенная очередь. Наша небольшая инженерная группа уже три года занимается моделями обработки данных с детекторов. В итоге это будет наш вклад в серию экспериментов на БАКе, которые проведут физики одного европейского университета в 2017 году. Если, конечно, все успеем подготовить – в 2018-м. LHC опять останавливают для очередной модернизации. Предваряя следующий вопрос, я не могу рассказать, в чем суть запланированного эксперимента. Потому что я занимаюсь другими вещами и не считаю себя компетентным рассказывать об этом. – Почему приходится так долго ждать своего звездного часа?   – Эти эксперименты – достаточно сложный процесс, их подготовка занимает много времени и требует специальных технических условий. Например, исследование той группы, с которой мы сотрудничаем, будет проводиться на специальном детекторе ATLAS. Длина ATLAS – 44 метра, 25 метров в диаметре и вес приблизительно 7000 тонн. В центре тоннеля сталкиваются разогнанные протоны, это самый большой и самый сложный из когда-либо построенных датчиков такого типа. Датчик фиксирует все, что происходит во время и после столкновения протонов. – В чем заключается ваша работа? – Частицы разгоняются до огромной скорости, сталкиваются и в итоге этого взрыва распадаются –  появляются тысячи других мелких частиц, которые улавливает детектор и передает информацию об этом дальше. Задача нашей команды – улучшить обработку потока сырых данных, поступающих от детектора, и последующий анализ. Объемы данных и скорость потока очень большие, уже сейчас их считают в петабайтах в секунду, и с каждой модернизацией данных становится больше, значимые данные найти непросто. Для фильтрации применяются как электронные триггеры, так и вычислительные грид-системы. Для сравнения: скорость потока информации с DVD-диска на экран компьютера составляет примерно 10–20 мегабит в секунду, это в миллиарды раз меньше. И найти искомое – достаточно сложный процесс, который связан с электроникой, статистикой, алгоритмами машинного обучения. И это именно то, чем я занимаюсь. В нашей группе кроме меня есть поляк, француз, американец, то есть люди с разных концов света, которых объединяет неподдельный интерес к технике и науке. Данные, полученные на коллайдере, вы можете посмотреть и попробовать проанализировать сами, ЦЕРН их постепенно выкладывает в открытый доступ вот здесь: www.opendata.cern.ch. – Чем лично тебе интересен коллайдер? – А разве есть люди, которым он не интересен? Из вещей, которые созданы на Земле, адронный коллайдер – одна из самых сложных. И это заключается не только в том, что его сложно было сделать инженерно, но и в том, что никто не знает, как пойдет эксперимент, до тех пор пока ты, грубо говоря, не нажмешь на кнопку. Существует даже такая шутка, что у физиков есть традиция: каждые 13 миллиардов лет они собираются вместе и строят Большой адронный коллайдер. – Зачем БАК обывателю? – Вряд ли на адронном коллайдере сделают что-то такое, что в одночасье изменит твою или мою жизнь. Но это одна из тех вещей, которые двигают человечество вперед. И многие теории, которые там отрабатываются, впоследствии позволяют выстраивать какие-то сложные инженерные вещи. Например, квантовый компьютер. К слову, компьютерный мир сегодня подошел к тому рубежу, когда стандартная кремниевая электроника подошла к своему пределу. Компании, которые выпускают электронику, не говорят об этом громко, но это так. Мы практически уперлись в верх физических возможностей кремниевой электроники, но нам требуются все большие вычислительные мощности, чтобы изменять мир. – О каких изменениях мы можем говорить? – К примеру, на текущий момент суперкомпьютеры могут предсказывать погоду, но на три-четыре дня. Для того чтобы предсказать на неделю, нужны компьютеры в тысячу раз мощнее. Кремниевая электроника этого не может, поэтому многие ждут квантовых компьютеров. Или квантовый компьютер за очень короткое время позволит вскрыть большинство алгоритмов шифрования, используемых в настоящее время. Но это только одно из последствий появления квантовых компьютеров, тут только время покажет, к чему приведет их внедрение. Хотя уже сейчас есть большое множество задач, в которых квантовые компьютеры будут быстрее или просто единственным решением. – Квантовые компьютеры уже существуют? – Да, сейчас есть системы  D-wave, использующие квантовый отжиг. Про них пока не решили, можно их считать настоящим квантовым компьютером или нет. Хотя вот недавно Google сказал, что протестировали работу D-wave, и вроде все соответствует. Но мы с тобой вряд ли сможем ее приобрести, это очень дорого. К тому же в практическом применении они пока не очень интересны. Но как инструмент для исследований активно используются в институтах и больших компаниях. Например, в компании IBM сделали 5-кубитный квантовый компьютер и решили предоставить к нему свободный доступ. Сам компьютер прописан в Нью-Йорке, но любой человек может попробовать написать к нему программу и проверить работу. Если интересно, вот здесь: www.research.ibm.com/quantum. Алгоритмы квантовых компьютеров интересны тем, что они позволяют выполнять одновременно несколько операций и хранение информации там не двоичное, а кубитовое. Это как 2D и 4D. Это другое направление, которое позволяет подойти к программированию и алгоритмам совсем с другой стороны. Я не думаю, что с распространением квантовой исчезнет вся кремниевая электроника. Как когда-то с изобретением кино прочили смерть театру, но он до сих пор существует и находит своих почитателей.   – Может ли квантовый компьютер предсказать мою реакцию на то или иное событие? – Законы статистики утверждают: чем больше выборка, тем точнее результат. Что творится в мозге отдельно взятого человека, предсказать очень сложно, потому что для этого требуется знание исходных данных: его жизни с самого рождения, навыков, поведения в тех или иных ситуациях. Чем больше данных, тем лучше. Если взять тысячу человек, то прогноз будет более точным, если десять тысяч – еще более точным. Хотя есть прогресс и в предсказании поведения отдельных людей. Но тут опять же многое зависит от информации. Уже сейчас безо всяких квантовых компьютеров Google, Facebook, Yandex и другие IT-гиганты успешно изучают и предсказывают поведение отдельных людей в Интернете. В реальной жизни несколько сложнее, но тоже есть успехи. Думаю, квантовые системы сделают анализ глубже, предсказательные модели – сложнее. – Что-то еще более крутое, чем адронный коллайдер, ученые планируют создать в ближайшем будущем? – Есть масса проектов. Немцы сейчас запустили первый стелларатор, они зажигают маленькую звезду – занимаются управляемым термоядерным синтезом. Это очень интересно. В Японии строится ускоритель, не кольцевой, как адронный коллайдер, а линейный. Он прямой и очень длинный, такая конструкция позволит провести опыты, которые невозможны на БАКе. Думаю, это станет следующей большой игрушкой физиков. В лабораторных условиях китайские ученые создали черную дыру, группа ученых со всего мира смоделировала появление сверхновой звезды, на БАКе разбираются с темной материей. Ученый мир не спит, постоянно проводятся какие-то эксперименты, подтверждаются и опровергаются теории.

Проект обошелся научному сообществу в астрономическую сумму – 6 млрд долларов. Кстати, Россия делегировала на БАК 700 специалистов, которые работают там и по сей день Некоторые ученые считают, что благодаря масштабным экспериментам в ЦЕРН ученым удастся построить первую в мире машину времени Большим коллайдер назвали из-за его солидных размеров: длина основного кольца, по которому гоняют частицы, составляет порядка 27 км Строительство Большого адронного коллайдера задумали еще в 1984 году, а начали только в 2001-м. Спустя 5 лет благодаря усилиям более чем 10 тысяч инженеров и ученых из разных государств строительство было завершено