На здобуття Державної премії України в галузі науки і техніки

Загадка «створення» Всесвіту хвилює багато поколінь фізиків і астрономів. Розкриття таємниць мікро- і макрокосмосу потребує зусиль і енергії не просто окремих учених, наукових колективів і шкіл, а й тісного співробітництва всіх цивілізованих країн. Саме завдяки їх величезним зусиллям у наші дні завершується підготовка суперпроекту за назвою Великий Адронний Колайдер (LHC). Майже тридцатикілометрове кільце LHC, що простягнулося під Швейцарією та Францією, намітило на карті Європи нові кордони Царства Науки — Європейського центру ядерних досліджень (CЕRN). Це «Мекка» для фізиків усього світу, як експериментаторів, так і теоретиків, що вивчають властивості матерії і фундаментальні сили Природи — гравітаційну, електромагнітну, сильну та слабку взаємодії елементарних частинок.

Дії гравітації й електромагнетизму загальновідомі. Сильні і слабкі взаємодії відповідальні за формування ядерної структури матерії, а також за ядерні реакції і процеси, що відбуваються, наприклад, на Сонці, чи в ядерних реакторах. Стан науки про фундаментальні взаємодії матерії сьогодні такий, що потрібні нові експериментальні дані, що визначили б, які з численних варіантів теорії найбільш адекватно відповідають сучасним концепціям про структуру навколишнього світу. Зі вступом до ладу LHC наукове співтовариство пов’язує величезні надії на можливість нового істотного прориву в незвідане та з нетерпінням очікує цього моменту.

Тріумфом теорії другої половини ХХ століття було створення так званої Стандартної Моделі елементарних частинок та їхніх взаємодій, що отримала блискуче експериментальне підтвердження на різних прискорювачах елементарних частинок і астрофізичних установках. Відповідно до цієї моделі елементарними цеглинками світу, що спостерігається нами, є так звані кварки і лептони, а також частинки, що визначають взаємодію між ними. Усі вони і складають різноманіття видимої у Всесвіті матерії. Теоретичні й експериментальні відкриття, що привели до побудови Стандартної Моделі, не тільки докорінно змінили уявлення вчених про структуру матерії і фундаментальних взаємодій, а й поставили нові грандіозні завдання, які стимулювали подальший бурхливий розвиток теорії.

За останню чверть століття уявлення фізиків-теоретиків про структуру простору-часу, про механізми, що лежать в основі світобудови, значно збагатилися новими концепціями і моделями. Теоретична фізика XXІ століття вільно оперує поняттями, які донедавна вважалися приналежними, скоріше, до фантастики, ніж наукової теорії. Тут і концепція додаткових, прихованих від погляду зовнішнього спостерігача, вимірів, і теорія неточкових об’єктів — струн — нова теорія для об’єднаної фізики елементарних частинок. Центральне місце в сучасних теоретичних концепціях займає принцип суперсиметрії, відповідно до якого кожна з елементарних частинок, що спостерігається, повинна мати суперпартнера, елементарну частинку, що відрізняється від свого «оригіналу» протилежними квантово-статистичними властивостями. Саме пошук суперпартнерів елементарних частинок є одним з центральних пунктів програми експериментів на прискорювачі LHC.

Відкриття принципу суперсиметрії нерозривно пов’язане з ім’ям видатного радянського, українського фізика-теоретика, професора, заслуженого діяча науки УРСР, академіка Національної академії наук України Дмитра Васильовича Волкова (1925—1996). Усе його творче життя пройшло в стінах Харківського фізико-технічного інституту — нині Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України (ННЦ ХФТІ). Безліч цікавих фактів з біографії видатного вченого, спогади його близьких, друзів, колег і учнів, деякі його наукові праці і статті, що популяризують науку, містяться в книзі «Дмитро Васильович Волков. Статті, нариси, спогади», що готується до випуску у світ під егідою ННЦ ХФТІ.

Значним результатом діяльності Д. В. Волкова є створення наукової школи з теоретичної фізики елементарних частинок, представники якої добре відомі у світових наукових колах — В. П. Акулов, І. А. Бандос, В. Д. Гершун, О. О. Желтухін, О. Ю. Нурмагамбетов, А. І. Пашнев, В. О. Сорока, Д. П. Сорокін, В. І. Ткач.

Наукові праці Д. В. Волкова і його учнів увійшли в класику теоретичної фізики XX століття. У першу чергу широкої популярності набула теорія суперсиметрії і її локальна версія — теорія супергравітації. Разом зі своїми учнями В. П. Акуловим і В. О. Сорокою у 1972—1977 роках Д. В. Волковим були здійснені піонерські роботи в цій галузі, а розвитку і застосуванню цих фундаментальних відкриттів з проблем фізики елементарних частинок присвячена більш ніж 30-річна праця вчених-фізиків однієї із найяскравіших в Україні наукових шкіл. Фундаментальні результати з побудови й розвитку теорії релятивістських суперсиметричних частинок і струн були отримані в роботах учнів Д. В. Волкова.

Одним із пророкувань теорії суперсиметричних струн (основного претендента на роль єдиної теорії взаємодій елементарних частинок) є наявність у просторі, крім трьох, що спостерігаються, ще шести прихованих (компактних) вимірів малого розміру (у мільярди мільярдів разів менших від розміру атомного ядра). У циклі праць Д. В. Волкова, Д. П. Сорокіна і В. І. Ткача 1980—1987 років був знайдений механізм утворення цих прихованих від нашого погляду вимірів і вивчені його можливі фізичні наслідки для тривимірного світу, що спостерігається нами. Пошук ефектів, обумовлених наявністю додаткових вимірів, також входить у програму досліджень на LHC (CЕRN).

Звичайно, нелегко донести до непідготовленого читача всю глибину і красу висунутих і розвинутих Д. В. Волковим і його учнями революційних ідей суперсиметрії і супергравітації і пов’язаних з ними теоретичних концепцій, однак спробуємо, нехай навіть і трохи спрощено, дати деяку їх інтерпретацію. З часів класичних робіт із Квантової Механіки відомо, що частинки поділяються на два великі класи: бозони і ферміони, властивості яких сильно відрізняються. Зокрема, частинки-бозони допускають виникнення великих «колективів» частинок, у той час як частинки-ферміони є яскравими «індивідуалістами»: у тому самому стані (мається на увазі, звичайно ж, квантовий стан) не може знаходитися більше однієї фермі-частинки. Такі властивості частинок загадковим чином пов’язані з їхньою роллю в сучасній картині світу: частинки матерії, з якої складається наш Всесвіт, та й ми з вами, є ферміонами, тоді як роль бозонів — служити переносниками фундаментальних взаємодій між будівельними цеглинками Всесвіту — ферміонами. Саме так — служити. А чи можна якимсь чином відновити «демократію» у світі частинок і наділити бозони і ферміони рівними правами? Виявляється, можна. Таке «демократичне» співтовариство частинок і буде суперсиметричним. Спеціальні математичні перетворення в такому суперсиметричному світі будуть переводити частинки однієї природи, скажімо, бозони, у ферміони, і навпаки, стираючи тим самим усі грані різниці між частинками матерії і переносниками фундаментальних взаємодій, зокрема гравітаційних. Тим самим реалізується мрія Ейнштейна про створення теорії тяжіння і матерії на єдиній основі — теорії супергравітації. Ґрунтуючись на висновках суперсиметричних узагальнень Стандартної Моделі фізики елементарних частинок, учені сподіваються, що суперсиметричні партнери, передвіщені теоретично, можуть бути відкриті на масштабі енергій, що у близькому майбутньому стануть досяжні на Великому Адронному Колайдері в CЕRN. Ці події будуть, без усякого перебільшення, не тільки тріумфом світової науки, а й тріумфом школи Дмитра Васильовича Волкова, тріумфом української фізики, тріумфом України.

Цикл наукових праць, створених за кілька десятиліть колективом авторів у складі Д. В. Волкова, В. П. Акулова, І. А. Бандоса, В. Д. Гершуна, О. О. Желтухіна, О. Ю. Нурмагамбетова, А. І. Пашнева, В. О. Сороки, Д. П. Сорокіна і В. І. Ткача, висунуто цього року на здобуття Державної премії України в галузі науки і техніки. Приємно усвідомлювати, що наші співвітчизники — вчені з України, — зробили й продовжують робити вагомий внесок як у будівництво гігантського прискорювача в CЕRN, так і в розвиток теорії фундаментальних взаємодій елементарних частинок, у забезпечення обробки експериментальних даних найближчого майбутнього. Ми щиро бажаємо, щоб роботи цього унікального творчого колективу, які отримали визнання вчених усього світу, були належно оцінені науковою громадськістю України.

Академік НАН України С. В. ПелетмІнський,член-кор. НАН України М. Ф. Шульга.