Українські науковці — серед лауреатів «наукового Оскара» Breakthrough Prize

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. 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.