Владимир Дмитриевич Шильцев Директор Центра Ускорительной Физики Лаборатория им.Э.Ферми (США) Август 2011 Частицы Высоких Энергий Ускорители, Большая Наука. - презентация

1 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

2 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

3 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 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 5 Владимир Дм. Шильцев - Большая Наука - зачем? Дедушка Современных Ускорителей Циклотрон 25$ 80,000 Вольт Эрнест Лоуренс

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

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

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

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

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

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

12 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 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

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

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

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

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

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

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

20 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 21 Рекордная Энергия Пучков C_proton=4.3 C_electron=5.2

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

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

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

25 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?

26 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?

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

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

29 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

30 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?

31 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?

32 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?

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

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

35 …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

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

37 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?

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

39 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

40 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

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

42 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)

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

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

45 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?

46 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?

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

48 Спасибо за внимание!