Украинские ученые — среди лауреатов научного «Оскара» Breakthrough Prize

В этом году одну из престижнейших наград в мире науки — Breakthrough Prize in Fundamental Physics — получили четыре международные научные коллаборации, работающие на Большом адронном коллайдере: ATLAS, CMS, LHCb и ALICE. Их отметили за исследование квантовой природы материи, в частности за экспериментальное подтверждение ключевых предсказаний современной теории квантовой физики. Среди лауреатов есть и украинские ученые, в течение многих лет активно участвующие в работе коллайдера. Исследовательские институты и университеты Украины стали неотъемлемой частью этого глобального научного процесса.

Премию Breakthrough Prize, которую часто называют научным «Оскаром», вручают ежегодно с 2012 года за самые существенные прорывы в отраслях фундаментальной физики, науки о жизни и математике. Ее призовой фонд составляет три миллиона долларов США. Эти средства переданы в Фонд Европейской организации по ядерным исследованиям CERN & Society для предоставления грантов талантливым аспирантам из разных стран, которые получат возможность проводить свои исследования в организации.

Большой адронный коллайдер — это крупнейший в мире ускоритель частиц длиной 27 километров, расположенный близ Женевы на границе Швейцарии и Франции. Его построили в 2008 году на базе Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN). Главная задача Большого адронного коллайдера — исследовать тайны природы материи. В этом гигантском подземном ускорителе ученые разгоняют частицы до сверхвысоких энергий и сталкивают их между собой. В таких условиях на мгновение воспроизводятся процессы, происходившие в первые микросекунды после рождения Вселенной. Это позволяет лучше понять, из чего состоит наша Вселенная и как она возникла.

В исследованиях на коллайдере участвуют тысячи ученых из сотен институтов со всего мира, среди них и украинские исследователи. Вместе их наградили за невероятно точные измерения в современной физике частиц. Их достижения включают открытие знаменитого бозона Хиггса — частицы, которая придает массу другим частицам; исследование состояния материи в первые моменты существования Вселенной; точные измерения редчайших процессов и распада частиц; а также изучение отличий между частицами материи и антиматерии, что может помочь понять, почему наша Вселенная не исчезла сразу после своего рождения.

Украина является ассоциированным членом CERN с 2016 года. Сегодня в CERN работает около 230 украинских ученых, инженеров и аспирантов, а ведущие научные институты и университеты страны — в частности Институт теоретической физики имени Н.Боголюбова (Киев), Институт ядерных исследований (Киев), Институт сцинтилляционных материалов (Харьков) и Харьковский физико-технический институт, а также Киевский национальный университет имени Т.Шевченко и Харьковский национальный университет имени В.Каразина — привлечены к трем из четырех основных экспериментов Большого адронного коллайдера — ALICE, CMS и LHCb.

Кроме того, украинские ученые участвуют и в работе над новыми ускорителями и технологиями ускорителей, а также в неколлайдерных исследованиях на базе CERN. В частности они работают на установке ISOLDE, где создаются радиоактивные изотопы, в том числе для медицинского использования, а также принимают участие в разработке будущего эксперимента SHiP, который будет искать новые, еще не открытые частицы. К этим исследованиям привлечены также Институт прикладной физики НАН Украины (Сумы) и Ужгородский национальный университет.

Кроме участия в экспериментальных исследованиях, украинские институты играют важную роль в разработке передовых технологий для CERN. Например Институт сцинтилляционных материалов в Харькове изготовляет уникальные материалы, способные работать в экстремальных условиях радиации. Параллельно разрабатываются сверхлегкие микрокабели для трекеров, которые фиксируют движение частиц в детекторах. Эти инновационные компоненты создает Харьковское научно-производственное предприятие «ЛТУ» для будущего обновления одного из детекторов Большого адронного коллайдера — ALICE. Эта технология, изобретенная украинцами, также рассматривается для использования в масштабном проекте электрон-ионного коллайдера в США и для другого детектора на Большом адронном коллайдере — LHCb. Украинские ученые также разработали специальные приборы для Большого адронного коллайдера — систему мониторинга радиационного фона (Киевский институт ядерных исследований) и люминометр PLUME (Киевский институт ядерных исследований, Институт сцинтилляционных материалов и Киевский национальный университет вместе с иностранными группами). Эти приборы помогают в реальном времени отслеживать количество частиц, пролетающих через экспериментальные установки, и уровень радиации вокруг. Это очень важно как для безопасности, так и для точности научных измерений, ведь малейшие отклонения могут повлиять на экспериментальные результаты.

В сфере обработки научных данных CERN Украина тоже играет важную роль: специализированный центр в Харькове, так называемый Tier-2 центр CMS, получает и анализирует реальные данные из Большого адронного коллайдера. Украинские специалисты принимают непосредственное участие в расшифровке результатов экспериментов, которые проводятся в одном из известнейших научных учреждений мира. Каждую минуту с коллайдера поступают огромные объемы информации, и украинские компьютерные серверы и команды помогают обрабатывать эти данные, чтобы обнаружить новые частицы или непривычные физические явления.

Кроме того, украинские физики-теоретики из Института теоретической физики имени Н.Боголюбова работают над сложными расчетами, которые помогают понять кварк-глюонную плазму — очень горячее и плотное состояние материи, существовавшее в первые миллионные доли секунды после рождения Вселенной. Ученые пытаются понять, как из начального хаоса родилась материя, из которой мы созданы сегодня. Теоретики из Харьковского физико-технического института также исследуют свойства тяжелых электронов, в частности в контексте так называемых аномальных магнитных и электрических моментов, которые показывают, как они ведут себя в магнитном или электрическом поле.

Участие в таких передовых проектах не только укрепляет международное присутствие украинской науки, но и открывает новые перспективы для молодых исследователей и студентов, которые уже сегодня получают опыт в глобальных научных коллаборациях и работают бок о бок с лучшими специалистами мира.

У украинского научного сообщества амбициозные планы на будущее, связанные с новым проектом CERN — Future Circular Collider (FCC), который может стать преемником Большого адронного коллайдера. В январе 2025 года пять украинских учреждений — среди них Институт теоретической физики имени Н.Боголюбова, Институт сцинтилляционных материалов, Харьковский физико-технический институт, Киевский национальный университет и Харьковский национальный университет — подписали Меморандум о сотрудничестве над FCC.

Кроме того, украинские физики привлекаются к обсуждению будущего развития европейской физики высоких энергий в рамках обновления Европейской стратегии по физике элементарных частиц. Это стратегический документ, который определяет главные приоритеты развития науки в Европе на ближайшие десятилетия. Позиция украинского сообщества — поддержать построение будущего коллайдера FCС, а также принять активное участие в научной, технологической и образовательной составляющей будущих проектов CERN.

Несмотря на войну, украинские ученые не прекращают плодотворную научную деятельность: продолжают физические эксперименты на коллайдере, разрабатывают инновационные детекторные системы, совершенствуют инфраструктуру для обработки крупных массивов данных. Все с верой в науку и стремлением разгадать сложнейшие тайны Вселенной.