За кулисами CERN, или От кого на самом деле тут все зависит?

Так выглядит повседневная работа инженеров и наладчиков в CERN: идет настройка параметров работы гигантских магнитов, функционирующих при температурах, приближающихся к абсолютному нулю. Bill Harby. © All rights reserved without written permission

К числу великих физиков, размышляющих о том, что могло произойти спустя наносекунды после Большого Взрыва, она не принадлежит, однако без таких инженеров, как Марта Байко (Marta Bajko), поддерживающих и налаживающих работу Большого адронного коллайдера, все эти высоколобые ученые никогда не смогли бы проверить жизнеспособность своих сумасшедших теорий.

Может быть это и не самое удачное сравнение, но тем не менее: нам всем на  концертах видны только солисты и рок-звезды, но мы не задумываемся, как правило, о том, что без обслуживающей их команды менеджеров-профессионалов, настраивающих инструменты, подключающих их к сети, занимающихся продажей билетов, рекламой, арендой залов и другими не столь уж гламурными, но совершенно необходимыми вещами, все эти грандиозные концерты были бы просто невозможны.

Рок-звездами в ЦЕРН, Европейской организации ядерных исследований, являются специалисты из области физики элементарных частиц. Именно к ним приковано внимание всей мировой общественности, и когда они обнаруживают новую элементарную частицу, помогающую понять, как, возможно, выглядела Вселенная в момент своего зарождения, и из чего она состоит сейчас, именно они оказываются в центре всеобщего внимания.

Марта и ее «царство техники». Bill Harby. © All rights reserved without written permission

Однако без инженеров-наладчиков и конструкторов, проектирующих, монтирующих и испытывающих сложнейшие машины и устройства, вся эта наука остается «всего лишь» набором сухих теоретических выкладок и бездушных уравнений. А теперь попробуйте организовать столкновение двух двигающихся со скоростью света элементарных частиц? Представили себе? Вот и я о том же! А вот Марта Байко способна еще и не на такое!

Гигантские магниты

Если продолжить рок-н-рольные аналогии, то Марта Байко — это как раз участник команды, занимающейся решением задач по организации концертной деятельности рок-звезд. Когда мы с ней встретились на территории CERN, то с удивлением обнаружили, что одета она была не в серый комбинезон рабочего сцены или белый халат сотрудника лаборатории, а в яркое платье с психоделическим орнаментом, пурпурные чулки, а на запястье у нее красовался браслет из нитей всех цветов радуги, сплетённый её семилетней дочерью.

Будучи руководителем команды из примерно трех десятков техников-наладчиков, Марта Байко настраивает сейчас гигантские магниты, работающие при почти абсолютном нуле (- 273.15 градуса Цельсия / −459.67 градусов по Фаренгейту). Только при таких экстремальных условиях ученые могут добиться наступления состояния сверхпроводимости. 

На Большом адронном коллайдере установлено ровным счетом 1 232 больших дипольных магнита, с помощью которых Коллайдер собственно и превращается в ускоритель элементарных частиц на встречных пучках, предназначенный для изучения продуктов их соударений, например, так называемых бозонов Хиггса, частиц, внесших огромный вклад в поиск ответа на вопрос о том, а почему, собственное, Вселенная имеет массу?

«До сих пор удивляюсь, как вся эта техника и все эти люди умудряются слаженно работать вместе».

Без таких специалистов, как Марта Байко, все эти прорывные достижения современной науки так и остались бы теорией. «Наша первая задача — провести диагностику, пытаясь понять, что работает хорошо, а что нет. После того, как наши коллеги его доработают, мы еще проверим состояние магнита и уточним окончательную его конфигурацию. Допущен к установке магнит может быть только после успешных тестовых испытаний», — говорит она.

При переходе на новое поколение техники весь процесс, от первоначального тестирования до первичной доработки, повторного тестирования, повторной доработки и окончательного допуска после установки, может занять годы. Сейчас, например, Марта Байко и ее команда приступила к работе в рамках проекта «High-Luminosity LHC» или «БАК на высокой светимостиВнешняя ссылка». Речь идет о качественной модернизации Коллайдера, завершение которой планируется не ранее 2026 года.

Марта родилась в городе Георгени (Gheorgheni), Румыния, училась в Будапеште. Как и все специалисты в ЦЕРН она полиглот, владеет венгерским, румынским, испанским, французским, английским и итальянским языками. Ее первым местом работы после университета был Государственный центр экспериментов и исследований CEDEX в Мадриде. Именно там она навечно полюбила криогенную технику и встретила своего нынешнего мужа Хуана Карлоса Переса (Juan Carlos Perez), который тоже занимается наладкой уникальных магнитов.

Способы применения в реальной жизни

Так называемые сверхпроводящие магниты являются основой БАК. Свои свойства они приобретают только при низких температурах, поэтому сам магнит, смонтированный на основе проводов из ниобий-титанового сплава (NbTi) или станнида триниобия (Nb3Sn), обычно помещают в «сосуд Дьюара», заполненный жидким гелием, который в свою очередь помещен в еще один «сосуд Дьюара» с жидким азотом для того, чтобы минимизировать испарение жидкого гелия.

Кстати, в 2010 году именно сверхпроводящие магниты были причиной неудачи при выводе коллайдера на проектную энергию, и это только еще подчеркивает, насколько важен инженер рядом с великими учеными. Создатели культового ситкома «Теория большого взрыва» это, кстати, прекрасно понимают. Но не скучно ли просто возиться с железками и проводами? Что вы, говорит Марта Байко, даже обмотка кабелей может быть необыкновенно красивой, особенно, когда сотни километров разноцветных проводов начинают складываться в своего рода мозаику.

Однажды, когда-нибудь, она планирует начать плести украшения из разноцветных проводов. А пока в вазе на ее рабочем столе стоит роскошный букет из ниобий-титановых проводов, кабелей и спиральных металлических лент с зелеными оптоволоконными вкраплениями. А наука? Ну что, наука? Принцип корпускулярно-волнового дуализма и особенности элементарных частиц от нее довольно-таки далеки. 

«Меня больше интересуют чисто практические аспекты применения той же криогеники, дипольных магнитов, а также принципов сверхпроводимости в реальной жизни, например, в сфере передовых медицинских технологий». Не забудем, в самом деле, что возможности диагностики на основе магнитно-резонансной томографии (МРТ) стали людям доступны именно во многом благодаря фундаментальным открытиям, сделанным в ЦЕРНе.

«Всегда немного мечтатели»

Занимая руководящую должность, Марта Байко проводит большую часть своего времени у себя в офисе, на совещаниях, или «работая с документами». Но больше всего приятных минут доставляет работа в её, как она говорит, «техническом царстве», экспериментальной зоне «SM-18» площадью в 2 500 квадратных метров, каждый из которых до отказа забит разного рода приборами и диагностической аппаратурой.

Именно здесь проводятся испытания магнитов и их отдельных технологических узлов, для чего их помещают, как говорит Марта Байко, в «самый большой термос в мире». Тестирование одного магнита продолжается максимум два месяца, причем проходит оно при всё более низких температурах, за счет чего магнит «проходит обучение» и обретает «память». Такой подход позволяет добиться штатных технических показателей, при достижении которых магнит отказывается готовым к работе при температурах, близких к абсолютному нулю.

Одна из самых серьезных проблем для инженеров, занимающихся сверхпроводящими магнитами, заключается в изготовлении при комнатной температуре узлов и агрегатов, предназначенных для работы при температуре, равной почти −300°C. Как это выглядит? Ну, представьте себе, что вы собираете двигательную установку на фабрике, в цехах которой очень жарко, но при этом работать этой установке придется при температуре, царящей обычно в открытом космосе?

«Моя работа — это не только формулы и графики на бумаге или на экране компьютера, но это еще и реальное оборудование. Нет большего счастья убедиться в том, что все работает, как надо». Значит ли это, что физики-«звезды» и скромные инженеры-наладчики разделены своего рода классовым антагонизмом (в сериале «Теория большого взрыва» он служит неисчерпаемым источником комических ситуаций)?

«Физики — всегда немного мечтатели. Они практически никогда не думают о сложностях, связанных с наладкой и запуском сложных испытательных стендов, или о необходимых для этого финансовых ресурсах. Поэтому именно инженерам и приходится доводить до них то, что на научном жаргоне называется „практической осуществимостью проекта“. И, если честно, я до сих пор удивляюсь, как вся эта техника и все эти люди умудряются слаженно работать в единой команде», — резюмирует Марта Байко.

Перевод с английского: Нина Шулякова