Науку прошлого мож­но было бы назвать эрой энциклопедистов-одино­чек - великих умов, чьи достижении определяли движение прогресса. Но эта эра кончилась, так как практически все, что было под силу одолеть интел­лекту одного человека, все то, что лежало на поверх­ности огромного океана непознанного, уже открыто. Теперь, чтобы продолжать научный поиск, необходи­мо получение огромных массивов экспериментальных данных, дорогостоящее высокотехнологичное оборудование, множество квалифицированных спе­циалистов и обязательно междисциплинарный характер исследований. Се­годня наиболее интересных результатов можно достичь именно на стыке областей знаний. Так представил ситуацию в современной науке Александр Солдатов, Эпохи развития челове­ческой цивилизации, как известно, принято характеризовать по используемым в них материалам. В этом смысле можно смело ска­зать, что мы живем в веке новых материалов. Одной из бурно развивающих­ся методик исследования материалов является при­менение синхротронного излучения. Современный синхротрон - это целый «научный завод» для по­лучения знаний о матери­алах. Его размеры тако­вы, что сотрудники часто используют велосипеды, чтобы перебраться в нужную лабораторию. Владея синхротроном как своего рода «сверхмикроскопом», ученые могут заглянуть «внутрь» любого вещества и увидеть его атомную, электронную и даже маг­нитную структуру.

Диапазон областей при­менения синхротронного излучения крайне широк - от медицины до исследова­ний процессов образования минералов в земной коре. К примеру, посредством рентгеновского излучения изучают строение гемогло­бина и его активного центра - иона железа. Понима­ние взаимосвязи структуры веществ с их свойствами позволит решать одну из основных задач науки о мате­риалах - создание веществ с заданными свойствами.

Центры синхронного из­лучения создаются по всему миру. В России их два: Си­бирский центр синхронного и терагерцового излучения в Новосибирске и Курчатовский центр синхронного излучения и нанотехнологий в Москве.

Однако российские цен­тры пока уступают по своим характеристикам не только ведущим центрам США и Японии, но и китайским, тайваньским и корейским. К сожалению, приходит­ся констатировать, что и уровень современной оте­чественной науки в целом также весьма невысок на общемировом фоне. В на­стоящее время по числу научных публикаций Россия занимает 17-е место в ми­ровом рейтинге, находясь рядом с крошечной стра­ной - Нидерландами. А по индексу цитирования страна соседствует с Нигерией -78-е место.

Как в данном положении Россия может сделать что-то заметное в рентгеновской спектроскопии и не отстать от набирающего скорости научного века? Способ один - участие в масштабных ми­ровых проектах, выполняе­мых интернациональными коллективами.

Европейский рентгенов­ский лазер на свободных электронах - международ­ный проект по строительству самого крупного в мире лазера данного типа. В нем задействованы 14 стран, ведущие роли среди кото­рых принадлежат Герма­нии, Франции и России. Финансовый вклад России в воплощение мегапроекта составляет 750 миллионов долларов. Для бюджета государства это огромная сумма. Однако она частич­но окупится, так как отечественные специалисты, например, в Новосибирске выполняют заказ изготовления отдельных частей для лазерного комплекса.

Будущий гигант строится в Германии, недалеко от Гамбурга, в земле Шлезвиг-Гольштейн. Комплекс заду­ман как туннель длиной 3,4 километра, в котором будут находиться сверхпроводящий линейный ускоритель и линии фотонных лучей. Этот туннель закладыва­ется на глубине от 6 до 38 метров под землей. Он про­тянется от Гамбурга до Шенефельда, где разместятся административные здания, экспериментальные станции и лаборатории комплекса. Строительство лазера стар­товало летом 2008 года. Завершающий этап проекта намечен на 2013-2014 годы.

Рентгеновский лазер, или лазер на свободных электронах, - один из не­скольких типов существую­щих сегодня перспективных лазеров (газовых, жидкост­ных, твердотельных).

Источником излучения у рентгеновского лазера является пучок свободных электронов, разогнанных в синхротроне до скорости, близкой к скорости све­та. Такой пучок проходит сквозь прибор для генера­ции лазерного излучения - ряд расположенных спе­циальным образом магнитов, создающих магнитное поле. Эта система называ­ется ондулятор, или вигглер. Вигглер заставляет пучок двигаться по замысловатой траектории близкой к синусоиде, теряя энергию, кото­рая преобразуется в поток фотонов. Далее лазерный луч собирается и усили­вается системой зеркал, установленных на концах ондулятора.

Для синхротронного из­лучения характерны волны различного диапазона: от инфракрасного до жесткого рентгена. Исследования на уровне наноструктур воз­можны только с помощью рентгеновского излучения. При этом допустимы совер­шенно «филигранные» опы­ты: получение изображений частиц размером всего не­сколько нанометров. Ме­няя энергию электронного пучка, а также параметры ондулятора (силу магнитно­го поля и расстояние между магнитами), можно в широ­ких пределах варьировать частоту лазерного излу­чения, вырабатываемого прибором.

Яркость излучения Евро­пейского рентгеновского ла­зера на порядки превзойдет существующие аналоги. А продолжительность элек­тронных импульсов будет максимально краткой - ме­нее 100 фемтосекунд (это меньше миллионной части от миллионной части секун­ды). Это позволит исследо­вать быстрые химические реакции, которые сегодня не поддаются изучению ни­какими другими методами.

Нужно за метить, что рент­геновское излучение - ин­струмент для достижения целей исключительно при­кладного характера, спо­собный помочь человеку в решении его практических нужд. Не стоит сравнивать лазер с проектом адронного коллайдера, сулящего человечеству, в основном, чисто фундаментальные открытия. Крупнейший в мире лазерный комплекс будет использоваться для экспериментов в области физики, химии, биологии, наук о материалах, а так­же нанотехнологий. При этом, как обратил внимание профессор А.В. Солдатов, столь модное еще недавно «нано» сегодня уже не самое быстроразвивающееся направление. В фоку­се современного научного взгляда - исследование белков, геномов, процессов взаимодействия различного рода лекарств с органами человеческого тела. Так, рентгеновское излучение можно использовать в сфе­ре медицины, в частно­сти в онкологии. Уровень, диагностики и понимания механизмов взаимодействия противоопухолевых медицинских препаратов с молекулами тканей, челове­ческого тела еще довольно низок. С помощью рентге­новского лазера уровень таких исследований можно будет существенно повы­сить. Другая интересная область - воспроизведение природных реакций, таких как преобразование солнеч­ной энергии и расщепление воды.

Планетарный масштаб научных работ XXI века, описанный Александром Солдатовым, безусловно, провоцировал в сознании мысль, о появлении своего рода неперсонифицирован­ной науки, где движущим механизмом выступает не личность, а некий коллек­тивный интеллектуальный труд. Об этом Александр Владимирович высказался так:

- Интернациональные мегапроекты сегодня являются глобальным направлением, так как современные за­дачи естествознания тре­буют концентрации усилий многочисленных научных коллективов. Однако роль и значение в науке отдельных ученых по-прежнему остает­ся определяющей.

Для справки:

Проект первого лазера на свободных электронах был опубликован в 1971 году Джоном М. Дж. Мэйди в Стэнфордском университете. В 1976 году Мэйди и его коллеги продемонстрировали первые опыты, используя электроны с энергией 2Л мегаэлектровольты и пятиметровый вигглер для усиления излучения. Мощность лазера составляла 300 мегаватт, а эффективность всего 0,01 процента. Однако таким образом была показана работоспособность этого класса устройств, что привело к огромному интересуй рез­вому увеличению количества разработок в данной области.

Светлана СМОЛЬЯНИНОВА