Практическая польза от элементарных частиц

У меня за последнее время накопилось уже много материалов про практические применения разных элементарных частиц. Соберу здесь ссылки для удобства читателей.

Большие материалы:

• Лекция Отсыпьте мне сто грамм частичек! (см. видео во вставке) в рамках лектория Set Up. Шесть типов частиц (e⁻, e⁺, p, pbar, μ, ν), по одному варианту применений для каждого типа.
  
• «Медицина, климат, гравитация, ускорители — что и как изучает ЦЕРН», слайды лекции в рамках лектория «Открытая наука», Дубна, октябрь 2015.
  
• Упавшие с неба. Что делают мюоны на службе человечества // N+1, октябрь 2015.
  
• С точностью до наоборот. Все, что вы хотели знать об антиматерии — в вопросах и ответах // N+1, август 2015. См. раздел про позитроны в веществе; есть также старый пост в блоге на эту же тему: Бурная жизнь позитронов.
  

Подборка других материалов на русском языке (не только моих):

• Diamond Light Source — британский «алмаз» синхротронного излучения, СИ в ИЯФ: формула успеха, и другие материалы по применению СИ в выпуске №2(62), 2015 журнала «Наука из первых рук».
  
• Коллаборация Borexino рассказала о шестилетних наблюдениях нейтринного свечения Земли // N+1, июнь 2015.
  
• Нейтрино позволили рассмотреть реакцию внутри ядерного реактора // N+1, октябрь 2015.
  
• Мюоны дают добро // «Популярная механика», март 2013.
  
• Нейтронзахватная терапия // «Постнаука», июнь 2016.
  
• Геонейтрино // «Постнаука», май 2016.
  
• Холодные нейтронные лучи прощупывают предметы, не внося никаких возмущений // «Элементы», июнь 2006.
  
• Нейтринный томограф для ядерного реактора // «Элементы», июнь 2013.
  

Некоторые популярные англоязычные материалы:

• Accelerators for Society — сайт, посвященный практическим применениям ускорителей частиц.
  
• Подборка заметок из журнала Symmetry: Secrets of the pyramids, The accelerator in the Louvre и большая статья об этом ускорителе на французском Aglaé, ou la Beauté vue par la Science, Chocolat à la particle accelerator, How particle physics improves your life.
  

Вопрос про аудиосистему

Я снова про Байкальскую школу — на этот раз с обращением к коллективному читательскому разуму и опыту насчет аудиосистемы.

Лекции у нас на школе традиционно проходят в большой лекционной палатке, с проектором, микрофоном и колонками. Проблема в том, что (1) нынешняя аудиосистема морально устарела, капризничает, требует постоянных танцев с бубном для настройки, (2) иногда может зарядить такой дождь, что, поливая палатку, он своим шумом перекрывает лектора, (3) были прецеденты, когда в поселке на какое-то время отрубается свет, и нам хочется обезопаситься на этот случай.

Так что у нас есть вопрос-просьба ко всем, кто разбирается в теме:

1. подскажите, пожалуйста, аудиосистему (колонки, усилитель, беспроводные микрофоны, центр управления или как оно там называется), которая подошла бы под наши условия, была бы надежной и при этом простой в использовании, и, в идеале, имела бы встроенную систему бесперебойного питания хотя бы на пару часов. Поскольку покупать ее будет не Газпром, а научная организация, очень хотелось бы найти это по приемлемым ценам.
   
2. Попутный вопрос: обучите, пожалуйста, неграмотных людей тому, на какие параметры обращать внимание при выборе такой аудиосистемы.
   
3. Подскажите генератор резервного питания, который в случае чего питал бы и эту систему, и проектор, и еще выдавал бы пару киловатт. При этом генератор должен быть не слишком шумным, поскольку работать он будет рядом с лекционной палаткой.
   

Опять же, комментировать можно и здесь, а можно и отдельным письмом мне на igor.ivanov.physics at gmail.com. Заранее спасибо всем откликнувшимся!

Объявление: Научный отпуск на Байкале

Объявление! Если вы специалист в любой естественно-научной области за пределами фундаментальной физики, если вы умеете и любите рассказывать про свою область неспециалистам, и, наконец, если вы хотите провести неделю на Байкале за просто так, в обществе умных студентов-физиков — это объявление для вас!

С 8 по 15 июля на берегу Байкала, в живописной деревушке Большие Коты пройдет традиционная, уже 16-я по счету Летняя школа по физике элементарных частиц и астрофизике. В этом году мы хотим придать научной программе определенный шарм и разбавить ее интересными вечерними лекциями из какой-нибудь другой области естественных наук. Это может быть биология, нейронауки, геофизика, климат, технологии, и т.д. — главное, чтоб это отличалось от непосредственной темы нашей школы.

Условия для лекторов на школе такие: надо прибыть в Иркутск самостоятельно, а дальше все проживание-питание-транспорт организаторы берут на себя. Школа эта международная, на ней будет несколько иностранцев, как лекторов, так и студентов — поэтому лекции нужны на английском. Основной контингент — студенты 3-4-5 курса и аспиранты, всего человек 50-70. На школе кроме непосредственно научной программы — и, надеемся, ваших вечерних лекций! — будут вечерние сеансы телескопных наблюдений силами Иркутского планетария, туристическая вылазка на скалу Скрипер, ну и просто дружная и душевная атмосфера.

Мы уже спрашивали нескольких знакомых лекторов, но, к сожалению, у всех на эти даты оказались запланированы другие мероприятия. Поэтому сейчас мы расширяем поиски лектора. Если вам подходит это предложение, пишите мне на igor.ivanov.physics at gmail.com.

Также внимание студентам-физикам! В этом году у нас очень представительная научная программа школы. Будут и теоретики, и экспериментаторы, в том числе лекции от коллабораций ATLAS, CMS, и гравитационно-волновой обсерватории LIGO. Теоретики будут рассказывать, среди прочего, про знаменитый сейчас двухфотонный всплеск при 750 ГэВ и про физику черных дыр. Регистрируйтесь и приезжайте, будет интересно!

23andme

Жена, в качестве подарочка ко Дню рождения, заказала себе генетический анализ от компании 23andme. Пришел пакет с пробиркой и инструкциями, она посидела, полчаса поплевала в пробирку столько, сколько попросили, запечатала, и отправила обратно. Долго ли, коротко ль, — не прошло и месяца, как анализ был готов. «Век грядущий, век двадцать второй успокоит вас, сударыня», — сказало ей 23andme.

Подробности про двухфотонный пик

Для тех, кто пока не обращал особого внимания: тут у нас в физике элементарных частиц всё яснее проступают намёки на нечто, что может стать крупнейшим открытием в ФЭЧ за последние десятилетия — либо самым сильным разочарованием. Это двухфотонный пик при 750 ГэВ, который вроде как проступает в данных ATLAS и CMS, причем Run 1 и Run 2, и на который сейчас накинулись тысячи теоретиков. И поддерживает ажиотаж близость развязки. Уже этим летом, ситуация должна проясниться, по крайней мере в том смысле, реальное ли это отклонение или всего лишь флуктуация или прокол алгоритмов обработки данных. Вопрос о том, на какую именно теорию Новой физики указывает эта частица, остается полностью открытым.

Вот эта картинка показывает нынешнее состояние сообщества в нашей области. Коллайдер скоро начнет набор данных, к лету накопится как минимум сравнимая с 2015 годом статистика, и ее обработка сильно повлияет на выводы и формулировки. Официальный апдейт будет в августе, на конференции ICHEP 2016, но наверняка слухи поползут где-то в июле.

Как всё в конечном итоге обернется, пока неясно. Но как минимум можно сказать, что сами физики воспринимают этот сигнал очень и очень серьезно. Для тех, кто хочет погрузиться в эту тему, очень пока туманную, но исключительно горячую, я написал две больших материала на Элементах:

• Загадочный двухфотонный пик проступает всё сильнее — про текущие данные после мартовской конференции Moriond,
  
• Теоретики продолжают искать объяснения двухфотонному пику — обзор теоретических интерпретаций.
  

Ну и совсем краткая сводка результатов будет обновляться на страничке Двухфотонный всплеск при 750 ГэВ, до тех пор пока это отклонение не перейдет в разряд полноценных открытий.

Только, пожалуйста, попроще!

Когда рассказываешь какую-то тему неспециалистам, то часто просят: только, пожалуйста, рассказывайте попроще! Это может быть лекция для школьников, — и тогда так просят учителя, которые очень беспокоятся, что дети ничего не поймут, — или обзорный семинар про тот же коллайдер для физиков, но из других областей. И хоть люди понимают, что, раз я вызвался рассказывать неспециалистам, я постараюсь адаптировать для них, но всё равно часто не могут удержаться и просят. Ну и, признаться, я сам, когда организую семинар и зову кого-то рассказать о теме, совсем далекой от интересов группы, тоже иногда не могу удержаться от такой же просьбы.

Это, конечно, вполне понятно и естественно. Забавно здесь то, что часто, когда люди просят упростить, они не ставят никакого ограничения снизу. Даже когда уверяешь, что вначале будет очень просто, они все равно заранее опасаются, что я с места в карьер сразу начну говорить заумные вещи, и никто ничего не поймет.

У меня тут был поразительный пример.

Научная работа и популяризация

На Днях науки Красноярского края, 2015 год. Фото Константина Петрова.

В фейсбуке Антон Чугунов поделился ссылкой на статью Академическая карьера VS популяризация науки, перевод недавней статьи в Journal of Neuroscience. Там обсуждается вопрос о том, какую роль играет популяризация в работе ученого. Мешает она или не мешает, вредит или помогает, как для самой науки, так и для карьерных перспектив и для отношений с коллегами. Я подумал, что это хороший повод рассказать, как все это происходит у меня.

Вопросы-ответы на sprosi.dirty.ru

Меня пригласили поучаствовать в «народном интервью» в коммюнити sprosi.dirty.ru. Так что в ближайший четверг вечером я там буду отвечать на разные вопросы за жизнь и на околонаучные темы. Если вы уже несколько лет хотели о чем-то меня спросить, но не было повода, то вот он, ваш шанс :)

Вот прямая ссылка на тему.

Растягивают ли гравитационные волны свет?

Гравитационная волна искажает длину двух плечей интерферометра в противофазе, из-за чего точная компенсация света нарушается и фотодетектор регистрирует сигнал (источник). 

Рассказ о детектировании гравитационных волн в лазерном интерферометре часто вызывает такой совершенно естественный вопрос:

Если гравитационная волна растягивает-сжимает пространство, то она также должна растягивать-сжимать и длину волны света. Получается, как расстояние между зеркалами, так и сама «измерительная линейка» изменяются пропорционально друг другу. Каким же образом интерферометр умудряется детектировать гравитационную волну?

Кип Торн, с его полувековым опытом объяснения гравитационных волн и принципа их детектирования для самых разных аудиторий, говорит, что это вообще самый часто задаваемый вопрос на эту тему. В англоязычной литературе есть несколько публикаций, расписывающих ответ на этот «парадокс» на разном уровне, но на русском языке я что-то ничего не встретил. Поэтому я привожу пояснение здесь на максимально простом уровне, в общем-то пересказывая вот эту статью.

Гравитационные волны

Интерпретация сигнала GW150914: профиль гравитационно-волнового всплеска и эффективные орбитальные параметры (источник)

Написал на Элементах длиннотекст про гравитационные волны, с лирическим отступлением. Текст дописывался на излете сил, поэтому его надо будет еще полировать и дополнять. В астрофизике еще принято статьи с крупными результатами дополнять парой десяток технических сопровождающих статей. Вся эта подшивка статей появляется одновременно, так что читать их можно долго.

Соцсети как эмулятор детектора гравитационных волн

Уже третий раз за последние пару месяцев по сети гуляют слухи про то, что детектор гравитационных волн LIGO, зарегистрировал-таки всплеск долгожданных гравитационных волн, пришедших к нам от слияния двух черных дыр в далекой-далекой галактике. И честно говоря, каждый раз эти слухи выглядят как неуклюжая шутка напополам с достаточно некрасивыми поведением.

Сначала известный физик (но сейчас в основном популяризатор) Лоренс Краусс в своем твиттере запостил первый слух в сентябре того года, а потом второй слух уже недавно, 11 января. В обоих случаях это звучало очень странно: у него никаких данных нет, ни с кем из коллаборации он не разговаривал, но вот есть у него слухи откуда-то и всё. Если в первый раз на эту тему пожужжала в основном блогосфера (впрочем, вот заметка в Nature), то в январе честно отписались СМИ и околонаучные издания, включая Nature и Science (у Science, кстати, есть подборка материалов на эту тему).

За верность сертификатам

Позвольте, я тут сейчас немножко цинично выступлю, ибо не могу промолчать.

Вот сейчас среди научных популяризаторов шум да гам — скоро вручается премия За верность науке. Многие высказывают свое недоумение оргвопросами, списками лауреатов, и прочими вещами. Другие гордятся тем, что их включили в шорт-лист. При этом считается аксиомой, что это очень престижная премия, что каждый популяризатор в здравом уме должен стремиться ее получить, а если не стремится, то сам себе злобный буратино.

А теперь давайте начистоту: что вообще вам даст эта премия? Окей, есть чисто психологические вещи, маленький праздник для своего тщеславия, оно есть у всех. Есть многочисленные плюсы для раскрутки проекта: широкая известность, которая конвертируется в посетителей сайтов, в тиражи книг, в приглашения куда-то, и может даже в прямую финансовую поддержку. Это тоже понятно, но это рабочие моменты.

Но неужели эта премия — это повод для гордости? Знак Качества? Вы что, без премии не верили, что делаете востребованное и полезное дело, а с премией — поверили? Вы что, автоматически перешли в категорию «заслуженных научных журналистов» (прости господи, название-то какое!), а до этого были недостаточно заслуженными? Вы серьезно считаете, что присужденное некоторой организацией звания что-то меняет?

«Над чем вы сейчас работаете?»

Наверно, человеку со стороны может показаться, что работа ученого последовательная и упорядоченная. Типа, вот сейчас работаешь над одной конкретной Задачей и не распыляешься на другое. Приходишь на работу, делаешь ее, делаешь, — и так несколько недель. Сделал, молодец, написал статью, послал в журнал — и тогда можешь переходить к новой задаче.

В реальности работа бывает очень непохожа на такую «плановую экономику». Типичное состояние у физика-теоретика — это когда у него в голове квасится в разной степени готовности от нескольких до нескольких десятков научных вопросов одновременно. И эти вопросы могут быть разной степени глубины, важности, сложности, срочности. И сам человек может относиться к ним по-разному, он в разной мере готов их решать.

Лестница понимания, ступеньки 4 и 5

В завершение темы про разные смыслы слова «понимать» в применении к какой-то технически сложной вещи. Я уже писал, что я для себя представляю эти разные смыслы в виде некой лестницы. В прошлых двух постах я описал первые три ступеньки:

1. когда понятно, что, собственно, утверждается,
   
2. когда новое утверждение вполне вписывается в ваш багаж знаний, соприкасается с известными вам вещами,
   
3. когда вы можете насквозь проследить объяснение или доказательство утверждения, можете рассказать его другому человеку и ответить на простые вопросы.
   

Теперь я опишу две последние ступеньки этой лестницы (повторюсь, в том виде, в котором я ее чувствую сам, не претендуя на что-то универсальное). Эти две ступеньки — исследовательского уровня, на них человек способен сам вырабатывать новое знание. Но ощущаются они по-разному: ступенька 4 — это умение равномерно разрабатывать задачу, ступенька 5 — это способность сделать скачок понимания, найти неожиданную связь между совершенно разными утверждениями.

Вселенная arxiv.org

На днях открыл для себя совершенно шикарный сервис Paperscape. Это тематическая карта всех статей (а их уже больше миллиона), выложенных в архив епринтов arxiv.org: физика частиц, астрофизика, конденсированные среды, и т.д. Каждая статья — это кружочек, размер которого пропорционален цитируемости статьи, цвет показывает тот раздел архива, где она появилась.

Самая крутизна в том, что кружочки размещены на карте не произвольно, а в согласии с «силовым взаимодействием» между статьями. Считается, что статья отталкивается от всех других обратно пропорционально расстоянию и притягивается к другим статьям по закону Гука через резиночки-цитирования. Если у статьи много ссылок на другие или много цитирований других статей, она притягивается сильнее и находится в гуще литературы. Если связь через цитирования слабая — статья может выталкиваться на периферию (но не обязательно, она может и застрять в гуще).

Это всё, больше ничего руками не подстраивается. Дальше просто проводится моделирование силового взаимодействия между миллионом статей и ищется наиболее энергетически выгодная конфигурация, в духе методов молекулярно-динамического моделирования. Все «галактики», скопления, разреженные зоны на карте получаются отсюда сами собой. Особых подробностей этой процедуры не приводится, но похоже, что алгоритм ищет лишь локальный минимум, а для поиска еще более оптимальных конфигураций приходится перестраивать карту руками и перезапускать моделирование. Тем не менее, пусть результат и не абсолютно оптимальный, он все равно получается очень наглядным и релевантным.

Рекордный 2015 год

Среднегодичная глобальная аномалия температуры по данным NOAA (источник)

Ну что, с обещанным рекордом всех нас. Похоже, в 2015 году самый большой скачок среднегодичной глобальной аномалии температуры по сравнению с прошлым рекордом. Подробности, формулировки, ссылки см. в моей новости на Элементах.

Йена

Приятный бонус научной жизни — это регулярные путешествия. Основная цель — научное общение, но что уж душой кривить, в реальности это совмещение приятного с полезным. Среди этих научных путешествий есть две вида, которые доставляют наибольшее удовольствие: это конференции в курортных или экзотических местах и поездки-сотрудничества длительностью в несколько недель. Чем хороши курортные места, объяснять не надо :) А поездки подольше хороши тем, что они позволяют окунуться в атмосферу нового места: живешь не в отеле, а в гестхаусе, ходишь по обычным магазинам, и есть время, кроме непосредственно научной работы, и на людей посмотреть, и попутешествовать. И еще такие поездки полезны в научном плане тем, что не дают тебе зависать в какой-то одной тягучей работе, будоражат активность, подталкивают делать что-то новое.

Вот сейчас я на месяц в Йене (это небольшой городок примерно в центре Германии), по приглашению коллег из Helmholtz Institut Jena.

Лестница понимания, ступеньки 2 и 3

В прошлом посте я начал рассказывать про разные уровни понимания технически сложных вещей, уровни, которые я для себя выстроил в этакую лестницу. Я тогда рассказал про самую первую ступеньку — когда вы понимаете, по крайней мере, само утверждение. Две следующие ступеньки — это когда вам кажутся понятными некоторые отдельные эпизоды объяснения, и когда вы осознаете целиком непрерывную цепочку аргументов. Эти две ступеньки звучат похоже, но между ними есть существенные различия.

Про разные виды (не)понимания

Я скажу, наверно, банальную вещь, но меня давно уже впечатляет то, насколько разный смысл люди могут вкладывать в слово «понимать». Я имею в виду, понимать какой-нибудь технически сложный вопрос: объяснение по математике, лекцию в универе, научный семинар в институте, научную статью не по своей теме, удивительный результат, который ты только что сам получил в вычислениях и уже имеешь к нему вопросы. Между утверждениями «я не понимаю, почему нельзя делить на нуль» и «никто по-настоящему не понимает квантовую механику» — пропасть. И пропасть эта не только по уровню материала, но и по тому, в каком именно смысле человек его «не понимает».

Вот я для себя в голове выстроил некую лестницу «пониманий» и время от времени ее использую в буквальном смысле. Сейчас я опишу первую ступеньку, а остальное — в следующий раз.

Про релятивистскую массу — в последний раз

Видимо, интернет-баталии насчет того, растет ли масса тела со скоростью или нет, будут вестись вечно. Уж не раз объясняли подробно, как, во-первых, этот вопрос правильно формулируется, а во-вторых, как на него ответить. Лев Борисович Окунь потратил немало усилий, чтобы максимально доступным языком объяснить всем сомневающимся, что современная физика использует только одно, релятивистски-инвариантное понятие массы и что понятие растущей со скоростью «релятивистской массы» — это педагогический вирус. Он даже опубликовал на этот счет отдельную книжку. Но только всё равно приходят новые люди и всё начинается сначала.

Однако в этот раз, в комментариях к одной новости на Элементах, этот разговор принял уже несколько иной оборот. Теперь высказывается мнение, что, мол, это Окунь «постановил», что масса от скорости не зависит, в то время как великие физики прошлого (перечисляются Борн, Паули, Фейнман) прямо писали, что масса со скоростью растет. Типа, это что же, Окунь единолично изменил базовое понятие физики?!

По этому поводу чувствую, что нужно высказаться еще раз, — и, надеюсь, в последний раз, — по поводу «релятивистской массы».

2,5 млн евро на эпистемологию коллайдера

Я, может быть, чего-то сильно не понимаю, но по-моему это чистая жесть. В Германии, в Университете Вупперталя есть исследовательская группа, которая занимается, — внимание, — эпистемологией LHC. Грубо говоря, они изучают то, как физики изучают микромир на коллайдере. И группа эта большая, включает в том числе и серьезных физиков, работает уже несколько лет, регулярно публикуется.

Так вот, сообщается, что недавно Немецкий и Австрийский научные фонды (DFG и FWF) выдали этой группе грант на 2,5 млн евро для, цитирую, «... изучения LHC с интегрированной философской, исторической, и социологической перспективы». Обещают вскоре открыть конкурсы на новые постдок и аспирантские позиции по этой теме. Среди вопросов, на изучение которых планируется потратить эту сумму, встречаются: возникновение и развитие концепции виртуальных частиц, связь между LHC и гравитацией, и т.п.

Я, конечно, понимаю, что физики сейчас иногда утыкаются в вопросы, которые требуют остановиться и подумать, а что же мы реально делаем. Есть вопросы естественности теории, есть вопросы достоверности, воспроизводимости, интерпретации отклонений, и так далее. Но по-моему приведенные выше формулировки смахивают на демагогию. Если, конечно, это всё не фейк.

Впрочем, тема-то, оказывается, не новая. Вот, например, прошлогодняя статья из Guardian.

Некрасивая сторона двухфотонного пика

Кто про что, а я всё про тот двухфотонный сигнал при 750 ГэВ, от которого сейчас физики стоят на ушах. Итак, с момента сообщения о том отклонении прошло три недели. В архиве уже примерно полторы сотни статей, спешащих рассказать всему миру, что да, да, эта частица вписывается и в нашу модель тоже! Лавинообразно накапливаются цитирования; некоторые из «статей первого дня» набрали свыше сотни цитирований.

Этот ажиотаж выглядит не очень красиво. Но он, во-первых, вполне ожидаем в нынешней обстановке в ФЭЧ, а во-вторых, не является чем-то уж совсем беспрецедентным.

Загадки коллайдера

Сводка отклонений по состоянию на начало 2016 года.

С недавних пор в проекте про Большой адронный коллайдер на Элементах появился новый раздел: Загадки коллайдера. В нем я собрал обнаружившиеся на коллайдере намёки на Новую физику — отклонения от Стандартной модели как минимум на пару сигм.

Да, 2σ — это ничто с точки зрения экспериментатора, но, поскольку шумиха иногда возникает и вокруг таких отклонений, их полезно освещать. По мере накопления данных и публикации новых статей их статус будет меняться, и я постараюсь регулярно обновлять раздел и отслеживать судьбу каждого такого отклонения.

Вообще, у меня есть несколько материалов разного уровня про эти отклонения:

• самый простой: материал Разрешите отклониться на N+1;
  
• чуть посложнее и самый детальный: сам этот раздел на Элементах с отдельными страницами по каждому отклонению;
  
• самый серьезный: слайды двух моих семинаров в Дубне, LHC Run 1: first hints at New Physics? [pdf, 3,7Мб]
  

Конечно, по-хорошему, рассказывать о результатах коллайдера следует не мне, а непосредственно участнику экспериментов. Но поскольку других таких подборок в Рунете нет, для знакомства сойдут и мои материалы. Опыт показывает, что эта подборка вызывает интерес даже у членов церновских коллабораций.

И снова здравствуйте!

Блог выспался и готов снова радовать читателей своими обновлениями!

Только в этот раз немножко изменится формат. Я уже, наверно, не буду публиковать здесь большие научно-популярные посты, а ограничусь только краткими рассказали или анонсами. И еще я решил не возобновлять контактные посты с вопросами и ответами по физике; они отнимали у меня слишком много времени и сил. Зато сейчас в постах будет добавлено чуть больше личного мнения — о своей работе, о жизни в науке, о физике частиц, об околонаучных вещах, о популяризации.

Разумные комментарии и обсуждения, как всегда, очень приветствуются. Я сейчас отключил возможность анонимных комментариев; нужна будет, как минимум, идентификация по OpenID.

Ну и, конечно, с Новым годом всех! С новыми начинаниями, надеждами, и успехами!