Великий адронний колайдер, CERN. Женева (Швейцарія) © Getty Images
Валерія Лукашенко
Цьогоріч одну з найпрестижніших нагород у світі науки — Breakthrough Prize in Fundamental Physics — отримали чотири міжнародні наукові колаборації, які працюють на Великому адронному колайдері: ATLAS, CMS, LHCb та ALICE. Їх відзначили за дослідження квантової природи матерії, зокрема за експериментальне підтвердження ключових передбачень сучасної теорії квантової фізики. Серед лауреатів — і українські вчені, які протягом багатьох років беруть активну участь у роботі колайдера. Серед них: Андрій Бояринцев, Борис Гриньов, Василь Добішук, Анатолій Довбня, Сергій Кандубей, Сергій Колієв, Ігор Костюк, Олександр Кшиванський, Леонід Левчук, Валерія Лукашенко, Олександр Охрименко, Валерій Пугач, Віктор Трубніков, Сергій Чернишенко, Володимир Юрченко та інші. Дослідницькі інститути та університети України стали невід’ємною частиною цього глобального наукового процесу.
Премія Breakthrough Prize, яку часто називають науковим «Оскаром», вручається щороку з 2012 року за найвагоміші прориви в галузях фундаментальної фізики, науки про життя та математики. Її призовий фонд становить три мільйони доларів США. Ці кошти передано до Фундації Європейської організації з ядерних досліджень CERN & Society для надання грантів талановитим аспірантам із різних країн, які отримають змогу проводити власні дослідження в організації.
Великий адронний колайдер — це найбільший у світі прискорювач частинок завдовжки 27 кілометрів, розташований поблизу Женеви на кордоні Швейцарії та Франції. Його було побудовано 2008 року на базі Європейської організації з ядерних досліджень (CERN). Головне завдання Великого адронного колайдера — дослідження таємниці природи матерії. У цьому гігантському підземному прискорювачі вчені розганяють частинки до надвисоких енергій і зіштовхують їх між собою. У таких умовах на мить відтворюються ті процеси, що відбувалися в перші мікросекунди після народження Всесвіту. Це дає змогу краще зрозуміти, з чого складається наш Всесвіт і як він виник.
У дослідженнях на колайдері беруть участь тисячі науковців із сотень інститутів в усьому світі — серед них і українські дослідники. Разом вони були нагороджені за надзвичайно точні вимірювання в сучасній фізиці частинок. Їхні здобутки включають відкриття знаменитого бозона Гіґґса — частинки, яка надає масу іншим частинкам; дослідження стану матерії в перші миті існування Всесвіту; точні вимірювання рідкісних процесів і розпадів частинок; а також вивчення відмінностей між частинками матерії й антиматерії, які можуть допомогти зрозуміти, чому наш Всесвіт не зник одразу після свого народження.
Україна є асоційованим членом CERN із 2016 року. Сьогодні в CERN працює близько 230 українських учених, інженерів та аспірантів, а провідні наукові інститути та університети країни — зокрема Інститут теоретичної фізики імені М.Боголюбова (Київ), Інститут ядерних досліджень (Київ), Інститут сцинтиляційних матеріалів (Харків) та Харківський фізико-технічний інститут, а також Київський національний університет імені Т.Шевченка та Харківський національний університет імені В.Каразіна — залучені до трьох із чотирьох основних експериментів Великого адронного колайдера — ALICE, CMS і LHCb.
Крім того, українські науковці беруть участь і в роботі над новими прискорювачами й технологіями прискорювачів, а також y неколайдерних дослідженнях на базі CERN. Зокрема вони працюють на установці ISOLDE, де створюються радіоактивні ізотопи в тому числі для медичного використання, а також беруть участь у розробленні майбутнього експерименту SHiP, який шукатиме нові, ще не відкриті частинки. До цих досліджень долучені також Інститут прикладної фізики НАН України (Суми) та Ужгородський національний університет.
Окрім участі в експериментальних дослідженнях, українські інститути відіграють важливу роль у розробленні передових технологій для CERN. Наприклад, Інститут сцинтиляційних матеріалів у Харкові виготовляє унікальні матеріали, здатні працювати в екстремальних умовах радіації. Паралельно розробляються надлегкі мікрокабелі для трекерів, що фіксують рух частинок у детекторах. Ці інноваційні компоненти створює Харківське науково-виробниче підприємство «ЛТУ» для майбутнього оновлення одного з детекторів Великого адронного колайдера — ALICE. Ця технологія, винайдена українцями, також розглядається для використання в масштабному проєкті електрон-іонного колайдера у США та для іншого детектора на Великому адронному колайдері — LHCb. Українські вчені також розробили спеціальні прилади для Великого адронного колайдера — систему моніторингу радіаційного фону (Київський інститут ядерних досліджень) та люмінометр PLUME (Київський інститут ядерних досліджень, Інститут сцинтиляційних матеріалів та Київський національний університет разом із іноземними групами). Ці прилади допомагають у реальному часі відстежувати кількість частинок, що пролітають крізь експериментальні установки, та рівень радіації навколо. Це дуже важливо — як для безпеки, так і для точності наукових вимірювань, адже найменші відхилення можуть уплинути на експериментальні результати.
У сфері обробки наукових даних CERN Україна також відіграє важливу роль: спеціалізований центр у Харкові, так званий Tier-2 центр CMS, отримує й аналізує реальні дані з Великого адронного колайдера. Українські фахівці беруть безпосередню участь у розшифруванні результатів експериментів, які проводяться в одній із найвідоміших наукових установ світу. Щохвилини з колайдера надходять величезні обсяги інформації, й українські комп’ютерні сервери та команди допомагають обробляти ці дані, щоб виявити нові частинки чи незвичні фізичні явища.
Крім того, українські фізики-теоретики з Інституту теоретичної фізики імені М.Боголюбова працюють над складними розрахунками, що допомагають зрозуміти кварк-глюонну плазму — дуже гарячий і щільний стан матерії, який існував у перші мільйонні частки секунди після народження Всесвіту. Вчені намагаються зрозуміти, як із початкового хаосу народилася матерія, з якої ми створені сьогодні. Теоретики з Харківського фізико-технічного інституту також досліджують властивості важких електронів, зокрема в контексті так званих аномальних магнітних та електричних моментів, що показують, як вони поводяться в магнітному або електричному полі.
Участь у таких передових проєктах не лише зміцнює міжнародну присутність української науки, а й відкриває нові перспективи для молодих дослідників і студентів, які вже сьогодні отримують досвід у глобальних наукових колабораціях і працюють пліч-о-пліч із найкращими фахівцями світу.
Українська наукова спільнота має амбітні плани на майбутнє, пов’язані з новим проектом CERN — Future Circular Collider (FCC), який може стати наступником Великого адронного колайдера. У січні 2025 року п’ять українських інституцій — серед них Інститут теоретичної фізики імені М.Боголюбова, Інститут сцинтиляційних матеріалів, Харківський фізико-технічний інститут, Київський національний університет і Харківський національний університет — підписали Меморандум про співпрацю над FCC.
Крім того, українські фізики долучаються до обговорення майбутнього розвитку європейської фізики високих енергій у межах оновлення Європейської стратегії з фізики елементарних частинок. Це стратегічний документ, що визначає головні пріоритети розвитку науки у Європі на найближчі десятиліття. Позиція української спільноти — підтримати побудову майбутнього колайдера FCС, а також узяти активну участь у науковій, технологічній та освітній складовій майбутніх проєктів CERN.
Попри війну українські вчені не припиняють плідної наукової діяльності: продовжують фізичні експерименти на колайдері, розробляють інноваційні детекторні системи, вдосконалюють інфраструктуру для обробки великих масивів даних. Усе — з вірою в науку та прагненням розгадати найскладніші таємниці Всесвіту.
