Владимир Дмитриевич Шильцев Директор Центра Ускорительной Физики Лаборатория им.Э.Ферми (США) Август 2011 Частицы Высоких Энергий Ускорители, Большая Наука - – зачем,почему и как ? ИЯФ СОРАН НГУ

Владимир Дмитриевич Шильцев Виноград МОСОЛ ВЛЭПП SSC TESLA ATL TEL Tev APC MAP CPT метод установка проект проект проект закон новый прибор суперколлайдер физ.центр нац.программазакон

ускорители сложная наука население большие числа зачем это все надо где и как научиться Содержание : ускорители сложная наука население большие числа зачем это все надо где и как научиться

4 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? Ускорители Заряженных Частиц Батарейка 1 Вольт 1 электрон + 1 Вольт =1 электронВольт 1,000,000 Вольт электрон

5 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? Дедушка Современных Ускорителей Циклотрон 25$ 80,000 Вольт Эрнест Лоуренс

1,000,000,000,000 (12 нулей!) Вольт 6 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? Современный Ускоритель - 6км ТЭВАТРОН

7 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? LHC Large Hadron Collider 27км

8 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? БАК = бак

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? Причины для пессимизма Причины для пессимизма Is the field of accelerators dying? 9

Сложность достижения цели Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 10 Сложность Сложность

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 11 Примеры Сложных Систем Закон Мора число тразисторов на чипе растет в 2 раза за 2 года

Общая CPT Теорема сложности ….that makes an average ~12.5% increase per step So, due to regular improvements the evolution was C e раз C (Complexity, Сложность) = время [годы] нужные для увеличения в e раз Или во времени Напр Закон Мора С=2/ln(2)= Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем?

13 CPT Theorem for Accelerators C x P = T C C = Complexity (of the machine) P P = Performance (or Challenge) = ln (Key parameter, eg luminosity ) TP T = Time to reach P

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 14 Другие Примеры из Техники C=1.6 C=3.3

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 15 Примеры из Науки: Экзопланеты C=4.2

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 16 Обследованные Галактики C=3.0

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 17 Сверхмощные Лазеры C=3.3

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 18 Расшифровка Структуры Белков C=4.2

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 19 Реакторы Термоядерного Синтеза C=2.4

Ускорители ….that makes an average ~12.5% increase per step So, due to regular improvements the evolution was Сложнее ? Или проще ? 20 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем?

21 Рекордная Энергия Пучков C_proton=4.3 C_electron=5.2

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 22 Рекордная Интенсивность Пучков C=7.2

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 23 Рекордная Светимость Пучков

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 24 Контр-пример: Население Земли

Сводная Таблица ….that makes an average ~12.5% increase per step So, due to regular improvements the evolution was 25 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем?

Вывод для Ускорителей ….that makes an average ~12.5% increase per step So, due to regular improvements the evolution was Искать будущее в микроразмерах (пучков, ускорителей и проч) – это проще (в смысле CPT теоремы) Пока что, это не главное направление 26 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем?

27Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? Следующее поколение?

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 28 Предельный ускоритель Ферми

LHC & ILC = 0.5B$/km 15B$ (hardware only 0.2B$/km) 40,000 km ring=10,000TeV = 20 T$ US GDP =15T$=15,000 B$/yr Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 29 Тупиковый путь

Большие Числа ….that makes an average ~12.5% increase per step So, due to regular improvements the evolution was Баррель= 1/6 тонны 150 млн тонн=1.5 млрд бр х100$ х100$ 150 B$/год 30 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем?

Большие Числа ….that makes an average ~12.5% increase per step So, due to regular improvements the evolution was GDP B$ Goods B$ Research B$ Fundamental Sci B$ USA China Russia Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем?

Перевернутая Пирамида ….that makes an average ~12.5% increase per step Наука Фундаментальная Прикладная Hi-Tech Пром США и СССР Россия 32 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем?

«Огородя отечество безопасностью от неприятеля, находить славу государству через искусства и науки...» Петр I ЗАЧЕМ

34 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? Откуда все...есть пошло... (quiz)

…Религия и естествознание нуждаются в вере в Бога. При этом для религии Бог стоит в начале всякого размышления, а для естествознания в конце. Для одних он означает фундамент, а для других вершину построения любых мировоззренческих принципов… Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 35 Физика и Бог Физика и Бог

Владимир Воеводскиий Fields Medal Гипотеза Милнора Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 36 Наука и Бог Наука и Бог

Возвращаясь к Ускорителям ….that makes an average ~12.5% increase per step So, due to regular improvements the evolution was Искать будущее в микроразмерах (пучков, ускорителей и проч) Какие идеи? (пара) 37 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем?

Сверхмалые Пучковые Каналы (удержание) dB/km IOTA=Integrable Optics Test Accelerator

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 39 Или, Например, В Кристаллах Strong inter-planar electric fields ~10V/A=1GV/cm Very stable, can be used for deflection/bending (works) focusing (works ) acceleration (if excited) T980 experiment at Tevatron

Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? Crystal Excitation by X-Rays 40 Tajima,Cavenago, Phys. Rev. Lett. 59 (1987), 1440 Need 40keV high peak power x-rays now available from SASE FELs like LCLS Gradients >1GV/cm Muons preferred bremstrahlung + rad length 10^9 cm total energy~10^9 GeV

20В/Ангстрем=0.2 ТеВ/м 50км для 10,000 ТеВ Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 41 Микро(Нано) Ускоритель

Отказ от пучков = 1+1 частица Получить надо только Энергию Скажем 10,000 ТеВ+10,000 ТеВ Маленький ускоритель+большой детектор (атмосф или лед) Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 42 Возможное решение (подход)

20В/Ангстрем=0.2 ТеВ/м 50км для 10,000 ТеВ Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 43 Микро(Нано) Ускоритель

Возможно ли это? Надо пробовать... Или искать другие пути... Кому любопытно проверить? (где научиться) Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? 44

Летняя Стажировка в Фермилабе Программа принимает до 10 студентов из бывш Советского Союза на 3 летних месяца (физика, инженерия, вычислительные методы) студенты в программе PhD in Accelerator Physics – 3-4 года в Фермилабе и защита в России или США ежегодно с Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем?

Совместный Проект RASA - МОН Утвежден Минобрнауки в декабре 2010 Hands-on training at the best Western Labs/Universities to gain experience needed for modernization of Russia 100 students (40 Masters and 60 PhD students) 13 Courses, each having lectures and research work in the lab 8-12 months each, 20k$ per course 2 in the US (Argonne National Lab and Fermilab), 11 in Europe Ranging from biophotonics and nanotechnology to accelerators 46 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем?

Центр ICAS Russia Centers Abroad General Lectures Special Lectures Experimental Sci - Research International Center for Advanced Studies 47 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем?

Спасибо за внимание!