У дубні будується новий колайдер. Зроблено в Росії

Об'єднаний інститут ядерних досліджень (ОІЯД) у підмосковній Дубні 26 березня відзначить 60-річчя. Напередодні ювілею, 25 березня, відбудеться урочиста церемонія закладання каменю в основу наукового комплексу NICA – проекту світового значення в галузі фундаментальних досліджень з фізики високих енергій. Чим унікальний нуклотрон NICA, і які сфери застосування його досліджень, дізнався кореспондент Дубненського інформагентства

Міжнародна співпраця

Вид на Будинок вчених у Дубні з плакатом до 60-річчя ОІЯД

Фото:Артем Рязанцев, Дубненське ІА

У закладці каменю візьмуть участь представники держав-партнерів та американський фізик Девід Гросс, який зробив значний внесок у розвиток теорії, на якій базується програма експериментів NICA.

Метою проекту NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) є створення прискорювально-експериментальної бази світового рівня, яка надасть вченим можливості, недоступні в інших прискорювальних центрах світу. Завдяки комплексу можна буде проводити фундаментальні дослідження надщільної ядерної речовини та спінової структури адронів, а також виконувати широкий спектр інноваційних та прикладних робіт.

Проект експериментальної установки класу мегасайєнс реалізується за участю багатьох країн. Так, до складу ОІЯД входять 18 держав-членів, ще із 6 країнами підписано протоколи на урядовому рівні. Крім того, у грудні 2015 року було укладено угоду між урядом Російської Федерації, Китайською Народною Республікою, Об'єднаним інститутом ядерних досліджень та Академією наук Китаю. За словами директора ОІЯД, академіка РАН Віктора Матвєєва, угода поставила формат участі у проекті для інших країн, які хотіли б до нього приєднатися – Німеччини, Італії та ПАР. Проект NICA залучить до Дубна тисячі вчених та інженерів із різних країн світу.

Прискорювати та вивчати

Фабрика надпровідних магнітів для колайдера NICA

Фото: Артем Рязанцев, Дубненське ІА

Комплекс NICA дозволить прискорювати та зіштовхувати важкі ядра, аж до золота, з рекордними параметрами у необхідному діапазоні енергій, а також забезпечить зіткнення поляризованих ядер. Він складатиметься з трьох великих блоків: прискорювального, науково-дослідного та інноваційного.

Прискорювальний блок NICA включає вже функціонуючі джерела ядер, у тому числі поляризованих ядер, а також лінійний прискорювач і кільцевий прискорювач Нуклотрон, запущений в 1993 році. Нуклотрон заснований на кріогенних технологіях XXI століття, розроблених у Дубні, і є другим надпровідним прискорювачем у Європі після знаменитого Великого адронного колайдера на кордоні Швейцарії та Франції. Ці технології будуть використовуватися для будівництва колайдера NICA та синхротрона SIS-100 у німецькому проекті FAIR.

Реалізація науково-дослідного блоку NICA передбачає розвиток існуючої експериментальної бази на пучках Нуклотрона (установка BM@N) та створення двох детекторів для колайдера – багатоцільового детектора MPD та детектора SPD для експериментів із поляризованими ядрами.

При створенні прискорювальних та детекторних елементів для NICA використовується досвід, накопичений під час підготовки експериментів на Великому адронному колайдері в CERN – Європейській організації з ядерних досліджень, а також у провідних науково-дослідних лабораторіях США, Європи та Японії.

Інноваційний блок NICA включає вже існуючі зони, які будуть розвиватися і доповнюватися новими. На них планується проводити прикладні дослідження у галузі альтернативної ядерної енергетики та вуглецевої променевої терапії ракових захворювань, а також тестування електронних компонентів та біологічних об'єктів у рамках космічних програм. Для цих робіт залучаються високотехнологічні галузі промисловості Росії.

Престиж російської науки

ОЕЗ Дубна

Фото: прес-службаОЕЗ Дубна

Вже понад 1 тисяча вчених та фахівців з 70 інститутів 26 країн світу працюють на Нуклотроні та беруть участь у підготовці та реалізації проекту NICA. З введенням в дію нових елементів прискорювального комплексу буде досягнуто нової якості експериментів, завдяки якому кількість учасників проекту зросте в кілька разів.

У рамках мегапроекту NICA у Дубні буде налагоджено тісне співробітництво між Міністерством освіти і науки РФ, Міністерством науки і техніки КНР, Академією наук КНР та Об'єднаним інститутом ядерних досліджень. Повністю запустити комплекс NICA планується наприкінці 2019 – на початку 2020 року.

Завдяки цьому науковому мегапроекту Росія стане одним із світових лідерів у галузі фундаментальних досліджень із фізики високих енергій. NICA залучить до Дубни талановиту молодь з усього світу, прискорить інноваційні процеси в багатьох сферах прикладних досліджень та значно підніме престиж російської науки.

Чи побачили помилку в тексті?Виділіть її та натисніть "Ctrl+Enter"

У Дубні в Інституті ядерних досліджень створюють новий колайдер. Назвали проект просто та красиво – НІКА. Це абревіатура від Nuclotron-based Ion Collider facility. А в міфології – богиня Перемоги. На установці НІКА вчені спробують змоделювати процес перших миттєвостей виникнення Всесвіту кілька мільярдів років тому. По суті народження нашого світу.

"Молодший брат" з'явиться у підмосковній Дубні. В Об'єднаному Інституті ядерних досліджень розпочалося будівництво вітчизняного прискорювача ядерних частинок.

Довідково: Об'єднаний інститут ядерних досліджень. Заснований у 1956 році на базі Інституту ядерних проблем Академії наук Радянського Союзу. Знаходиться у місті Дубні. Тут уперше у світі створено синхрофазотрон, протонний прискорювач. За великий внесок Інституту до сучасної фізики 105-му елементу періодичної системи Менделєєва присвоєно назву "Дубній", а 114-му - "Флеровий", на честь . Сьогодні у складі інституту – 7 лабораторій. Основні напрями досліджень - ядерна фізика, фізика елементарних частинок та конденсованого стану речовини.

Нарекли російський колайдер просто і красиво – НІКА. Абревіатура від Nuclotron-based Ion Collider facility. Або "богиня Перемоги".

НІКА – не менш амбітна, але менш дорога установка, ніж цернівська. Периметр кільця – 500 метрів. Як і швейцарський прилад, створюватиметься НІКА у міжнародній кооперації.

У Дубні не стали рити тунелі та копати шахти – проект розроблено на базі вже існуючого нуклотрону. По суті – це каскад із трьох прискорювачів. Один із них уже діє - надпровідний іонний синхротрон-нуклотрон. Другий етап – бустер – забезпечить часткам необхідну інтенсивність. Раніше тут розташовувалися магніти синхрофазотрону.

Плюс два кільця колайдера, в якому і стикатимуться протони.

Російський колайдер стане найкращою установкою для проведення експериментів з фізики важких іонів. Вчені сподіваються, що після запуску проекту НІКА центр таких досліджень пропишеться у Підмосков'ї.

"Є ще область фізики високих енергій, вона не менш цікава, вона дуже популярна сьогодні серед фізиків, у цій галузі очікуються дуже яскраві цікаві відкриття, а саме – фазові переходи ядерної матерії. Для того, щоб їх вивчати, необхідно створити максимальну щільність баріонної матерії , ту, яка існує в нейтронних зірках. Для вивчення саме цих процесів у максимальній баріонній щільності не потрібна максимальна енергія, як на БАКУ або на Брукхейвенській машині. директор лабораторії високих енергій ОІЯД Володимир Кекелідзе.

Головна відмінність російського колайдера від швейцарського полягає в тому, що в ЦЕРН основні сили кинуті на пошуки невловимого бозона Хіггса. Частинки, що дає масу решті частинок.

Росія ж на своїй установці вивчатиме іншу сферу виникнення Всесвіту кілька мільярдів років тому: формування з кварків і глюонів частинок баріонної матерії. Тобто нашого з вами світу.

"Теоретики сформулювали ті умови, за яких було можливе формування Всесвіту тим шляхом, яким воно пішло. А умови дуже прості - певна температура (або енергія) частинок і щільність ядерної речовини. Коли теоретиками були сформульовані ці умови, стало зрозуміло, який експеримент можна поставити у лабораторних умовах у нас на Землі, щоб спробувати змоделювати ті умови, які були на ранніх етапах формування Всесвіту», — каже заступник головного інженера ОІЯД, член-кореспондент РАН Григорій Трубніков.

Саме НІКА дозволить вченим наблизитися до умов виникнення "Великого вибуху", від якого, на думку фізиків, і з'явився наш Всесвіт.

"Для цього потрібна чітко певна енергія, потрібно розігнати важкі ядра, ми вибрали золото по золоту, бо це легше технологічно зробити. На базі нуклотрону і створюється колайдер. Перший розгінний блок буде нуклотрон, лінак, потім пучки будуть виведені та буде організовано зустріч двох пучків у двох місцях. В одному ми вивчатимемо важку іонну програму, намагатимемося досягти тієї максимальної щільності баріонної матерії і дивитися, що з цього вийде. А в іншій вивчатимемо спинову фізику - теж не менш цікавий проект", - пояснює Володимир Кекелідзе.

За допомогою НІКІ вчені сподіваються розкрити структуру Всесвіту та таємниці її фундаментальних сил: темної матерії, темної енергії, чорних дірок, "кротових нір" та екстра-вимірювань.

"Коли ви знаєте, як утворювалася речовина, як утворювалася матерія, як вона формувалася, ви можете прогнозувати, що буде з цією матерією, як вона далі розвиватиметься, як вона розпадатиметься і гине. Взагалі, це фундаментальні питання, які дадуть відгадки до розумінню еволюції нашого Всесвіту", - вважає Григорій Трубніков.

Сьогодні наукова програма НІКА сповнюється новими ідеями. Параметри установки, а це – висока енергія, колосальна щільність речовини та різноманітність сортів досліджуваних частинок – відкривають можливості для вирішення цілого ряду прикладних завдань.

Це вуглецева терапія, тестування електроніки для космічних програм, трансмутація радіоактивних відходів, нові підходи до одержання енергії.

Але головне, що колайдер працюватиме у нас у країні, а не за кордоном. І молоді російські вчені отримають гарну та цікаву роботу у себе вдома.

Запуск першого етапу проекту НІКА планується за два роки. А вже до 2017 року ядерники з Дубни чекають на початок роботи всього комплексу.

Один із елементів Нуклотрону

Фізики з Об'єднаного інституту ядерних досліджень у Дубні та їхні зарубіжні колеги розпочали експерименти за програмою колайдера важких іонів NICA, хоча сам колайдер і навіть будівля для нього поки що не збудовані – експерименти йдуть на прискорювачі Нуклотрон, де вчені зіштовхують ядра вуглецю та водню, повідомив N+ 1 керівник проекту NICA Володимир Кекелідзе.

Колайдер NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) будують в Об'єднаному інституті ядерних досліджень у Дубні з 2013 року, в цьому унікальному прискорювачі стикатимуться пучки важких іонів. Головне завдання установки – дослідження кварк-глюонної плазми. Це екстремальний стан речовини, де кварки та глюони, з яких складаються протони та нейтрони, можуть перебувати у вільному стані. Як вважають учені, кварк-глюонна плазма існувала у перші миті після Великого вибуху. Колайдер будується на базі існуючого надпровідного прискорювача Нуклотрон, який стане «першим щаблем» майбутньої установки.

Схема колайдера NICA

«NICA поки що не збудовано, навіть будівлю, де вона буде розташована, закінчать лише наступного року. Але експерименти розпочалися у рамках наукової програми NICA, вона має кілька етапів. Один із етапів - не на колайдері, а на прискорювачі з фіксованою мішенню», - сказав Кекелідзе.

З Нуклотрона, де розганяються важкі ядра, виведено кілька ліній і є мішені, з якими стикаються іони. В рамках програми NICA був запущений один експеримент – Baryonic Matter at Nuclotron (BM@N). Ядра вуглецю розганяються і стикаються з кріогенною мішенню рідким воднем. «Це дослідження дозволяє нам знизу розширити енергетичний діапазон досліджуваних процесів, це нижча енергія. Це край нашого діапазону енергії, а колайдер буде „згори“. У цьому першому експерименті ми вирішуємо найцікавіше завдання вивчення взаємодії протонів у ядрі в той момент, коли сили тяжіння, пов'язані з сильною ядерною взаємодією, змінюються відштовхуванням», - пояснює Кекелідзе.

За його словами, цей експеримент можна здійснити лише на нуклотроні, тому в ньому беруть участь науковці з американської лабораторії імені Джефферсона, п'яти американських університетів, включаючи MIT, університет Тель-Авів, низки інститутів з Німеччини та Франції. Надалі подібні експерименти будуть проводитися з ядрами аргону та криптону, і тут фізики вже підійдуть ближче до народження кварк-глюонної плазми, яку досліджуватиме колайдер NICA. Будівництво коллайдера планується закінчити у 2020-2021 роках.

Сергій Кузнєцов

Одне із забутих чудес СРСР, що знаходиться на кордоні Московської та Калузької областей – тунель ННК (прискорювально-накопичувального комплексу протонів, протонного колайдера). У СРСР проект протонного колайдера не було реалізовано. Зараз уже Росія вирішила збудувати новий колайдер...

У наукограді Дубна, на території міжнародного Об'єднаного інституту ядерних досліджень (ОІЯД) відбулася церемонія закладки першого каменю в основу комплексу будівельних будівель та споруд російського надпровідного коллайдера класу мегасайєнс NICA.

Експериментальна програма на прискорювально-експериментальному комплексі NICA буде дуже широкою. Дослідження властивостей баріонної матерії в екстремальних умовах та її фазових переходів, вивчення природи спина нуклону та поляризаційних явищ. Інноваційно-дослідні роботи у галузі матеріалознавства та створення нових матеріалів. Медицини та пучкової терапії, радіобіології, електроніки, досліджень з тематики програм Роскосмосу, утилізації та переробки радіоактивних витрат, створення нових безпечних джерел енергії, кріогенної техніки.

На думку Григорія Трубнікова, член-кореспондента РАН, віце-директора ОІЯД, NICA буде першим проектом в Росії, який офіційно набуде статусу мега-сайєнс проекту. Важливо, що NICA отримає державну підтримку. Все це дасть колосальний імпульс розвитку, дасть сигнал країнам, які не є країнами-учасницями ОІЯД, але хочуть брати участь у проекті NICA. Низка країн, таких як Китай, Італія, Німеччина та Південна Африка, вже сьогодні готові приєднатися до проекту.

Перший запуск планується здійснити через три роки, а на повну потужність комплекс має запрацювати до 2023 року. Це один із найбільш амбітних наукових проектів Росії. Наша країна перебирає основні витрати. Але серйозного внеску роблять і зарубіжні засновники інституту — 18 держав і ще 6 країн, які є асоційованими членами.

Метою проекту «Комплекс надпровідних кілець на зустрічних пучках важких іонів NICA» є створення прискорювально-експериментальної бази світового рівня для проведення фундаментальних досліджень надщільної ядерної речовини, спінової структури адронів, а також виконання широкого спектру інноваційних та прикладних робіт.

Колайдер дозволить прискорювати та зіштовхувати важкі ядра, аж до золота, з рекордними параметрами у необхідному діапазоні енергій, забезпечить зіткнення поляризованих ядер. Комплекс складається із трьох великих блоків — прискорювального, науково-дослідного, інноваційного.

Прискорювальний блок включає джерела ядер, що вже функціонують, у тому числі поляризованих, лінійний прискорювач і кільцевий прискорювач Нуклотрон, запущений у 1993 році. Останній ґрунтується на кріогенних технологіях, розроблених у Дубні, і є другим за потужністю надпровідним прискорювачем у Європі після Великого адронного колайдера.

У науково-дослідному блоці передбачається розвиток існуючої експериментальної бази на пучках Нуклотрона – установка BM@N, та створення детекторів для колайдера NICA – багатоцільовий детектор MPD та детектор для експериментів з поляризованими ядрами SPD. При створенні прискорювальних та детекторних елементів використовується досвід, накопичений під час підготовки експериментів на Великому адронному колайдері в Європейському центрі ядерних досліджень, а також у науково-дослідних лабораторіях США, Європи та Японії, випливає з прес-релізу.

Інноваційний блок включає існуючі зони, які будуть розвинені та доповнені новими для проведення прикладних досліджень у різних галузях, у тому числі альтернативної ядерної енергетики, вуглецевої променевої терапії, тестування на пучках іонів високих енергій електронних компонентів та біологічних об'єктів у рамках космічних програм. Для цих робіт залучаються високотехнологічні галузі промисловості Росії.

«Нуклотрон»

Майданчик, на якому було закладено перший камінь колайдера NICA

За сучасними теоретичними уявленнями матерія може бути в кількох станах: адронному, кварк-глюонном і так званої змішаної фазі, що складається з композиції перших двох станів.

Кварк-глюонна матерія та її перехід у звичний нам світ частинок можуть бути відтворені в експериментах на прискорювачах шляхом зіткнення важких іонів.

Для цього потрібні не дуже високі за сучасними поняттями енергії зіткнення — лише близько 10 ГеВ. Це набагато менше, ніж енергії Великого адронного колайдера та релятивістського колайдера важких ядер (RHIC) із Брукхейвенської національної лабораторії, розташованої поблизу Нью-Йорка (США). Для порівняння: на ВАК зараз відбуваються зіткнення протонних пучків з енергією 8 ТеВ.

Іонний прискорювач

Автори називають проект NICA «Всесвіт у лабораторії». «Головне завдання проекту NICA — вивчення щільної баріонної матерії у тій галузі енергій, де вона досягає максимальної щільності, — розповідає директор лабораторії фізики високих енергій (ЛФВЕ) ОІЯІ Володимир Кекелідзе. - Друге завдання - вивчення спінової структури нуклонів.

Ми хочемо відтворити „міні-великий вибух“ у лабораторії. У перші мілісекунди після Великого вибуху відбулося формування нашого світу.

Те, що було на початку, — це кварк-глюонна плазма, цеглинки світобудови, які вивчають у ЦЕРН. Як із цих цеглинок світобудови народився той світ, у якому ми живемо, як виникли протони та нейтрони, ми хочемо відтворити в нашій лабораторії, зіштовхуючи атоми золота». Лауреат Нобелівської премії з фізики 2004 року Девід Гросс, який був присутній на церемонії початку будівництва, також зазначив, що вражений масштабом майбутніх досліджень: «Це цікаво зрозуміти, як поводилися кварки в умовах раннього Всесвіту», — зазначив учений.

Це не єдиний у світі проект вивчення баріонної матерії. У США вже введено в дію іонний колайдер RHIC. Однак він не дозволяє досягти потрібної баріонної щільності, подібної до речовини нейтронної зірки.

У Німеччині розробляється проект FAIR. FAIR - це колайдер з фіксованою мішенню, в ньому пучок частинок ударяється по мішені, при цьому частина енергії витрачається на рух системи, що призводить до втрат енергії. У колайдері NICA два пучки стикаються між собою, що енергетично вигідно, проте складно точно поєднати пучки для досягнення великої світності — високої інтенсивності розпаду.

На запитання кореспондента відділу науки про те, чи допоможе проект NICA пролити світло на загадки темної енергії та темної матерії, Кекелідзе відповів:

«Прямо проект NICA не пов'язаний з цими поняттями, але оскільки ми проводитимемо експерименти з високою баріонною щільністю, можливо, ми знайдемо щось, що проливає світло на ці питання. Йдеться про темну матерію, а не про темну енергію».

За словами віце-директора ОІЯД Ріхарда Ледницьки, вартість проекту NICA становить понад $500 млн. 80% бюджету оплачує Росія. Проект NICA міжнародний. Обладнання та програмне забезпечення розробляють фахівці з України, Німеччини, Італії та інших країн. У 2010 році було підписано договір із ЦЕРН про взаємовигідне співробітництво.

У той самий час багато компонентів виготовляють у Росії. В ОІЯД діє завод із виготовлення надпровідних магнітів, у тому числі для NICA.

Завод з виготовлення надпровідних магнітів

Проект має безліч інноваційних додатків, окрім фундаментальної науки. Установки ОІЯД дозволяють досліджувати вплив іонних пучків на організм живих істот. Розвивається адронна терапія, спрямовану лікування раку.

+ Оригінал взято у sergpodzoro в Руїни чудес СРСР. Тунель Протвінського прискорювача елементарних частинок як гра для дигерів.

Оригінал взято у sergpodzoro в Руїни чудес СРСР. Тунель Протвінського прискорювача елементарних частинок як гра для дигерів.

Нещодавно у Росії закладено новий колайдр. Зроблено в Росії. У підмосковній Дубні розпочалося будівництво колайдера NICA. Останнім часом усі говорили про колайдера у Церні.
Але мало хто знає про одне із забутих чудес СРСР, що знаходиться на кордоні Московської та Калузької областей – тунель ННК (прискорювально-накопичувального комплексу протонів, протонного колайдера). Є кільцем різних діаметрів (найменший більше за тунель метро) з технічними виробками і приміщеннями на глибині від 20 до 60 метрів. Довжина всього кільця більше 21 кілометра, що можна порівняти за масштабами та витратами на будівництво хіба що з кільцевою лінією московського метрополітену з усіма її спорудами цивільної оборони.

Але грандіозній ідеї будівництва там і не судилося до кінця здійснитися. Наприкінці 90-х споруду перестали добудовувати, потім поставили на консервацію, а на сьогоднішній момент вона знаходиться зовсім у напівзанедбаному стані. Астрономічні фінанси, витрачені на будівництво, працю сотень робітників протягом десятка-двох років, як і сама ідея найбільшого колайдера в СРСР, а пізніше РФ просто забуті.

Досі діючий прискорювач у наукограді Протвіно (так званий У-70, його енергія 70 ГеВ, довжина кільцевого залу на поверхні землі півтора км) повинен був виконувати для нього тільки функцію запуску протонів усередину цього величезного кільця, де у свою чергу під дією прискорювально -фокусуючої системи розганялися б до енергій 600 ГеВ (перший ступінь УНК) і 3 000 ГеВ (другий - надпровідний-ступінь УНК)

В даний час вся ця неймовірно масштабна споруда знаходиться на стані напівконсервації, робітники, що залишилися, встигають хіба що закладати дірки в тюбінгах, з яких сочиться грунтова вода, і зі швидкістю сто метрів в десять років робляться спроби довести хоча б тунель до повної кондиції.

Тепер держава виділяє фінансування хіба що на часткову підтримку задовільного стану, освітлення та електрику для роботи насосів та охорону будівельних майданчиків ННК. Ось така історія одного з багатьох нездійснених чудес величі країни, що канула влітку.

Але не буває худа без добра. Тепер це місце стало мало не омріяною Меккою для любителів індустріального туризму та різних субкультур екстримальних течій. Окремо варто написати про кілька електровозів, що знаходяться на кільці, які знаходяться ще в робочому стані (внизу по всьому кільцю прокладено діючу вузькоколійку, по якій можна покататися якщо переможеш у грі "Де знову сховали електровоз"), і які періодично ламаються і знову лагодяться, спускаються з рейок і знову ставляться на рейки як залишками місцевих робітників, так і іншими неофіційними відвідувачами протвинського колайдера.

Хоча дійсно неофіційно (бо офіційного відвідування цього місця не існує в принципі) спуститися вниз і подивитися на все це можуть і здатні лише невелика кількість людей. І не варто забувати про місцеве відділення міліції, яке завжди радіє своїм новим відвідувачам:)

Вітаємо Вас на сторінках блогу iCover! Сьогодні, 25 березня, відбудеться урочиста церемонія закладки першого каменю в основу перспективного прискорювального комплексу, приурочена до початку робіт з будівництва російського колайдера NICA у Підмосковній Дубні. Згідно з планами перший запуск колайдера планується на початку 2019 року. Про проект російських фізиків, його головні завдання, напрями досліджень і поточний стан справ на об'єкті ми розповімо в нашій сьогоднішній публікації.

Роботи над створенням молодшого брата ВАК першого російського колайдера NICA (Nuclotron-based Ion Collider facility) в Інституті ядерних досліджень (м. Дубна) було розпочато у 2013 році. Глобальна мета проекту – моделювання моменту виникнення Всесвіту та вивчення властивостей щільної баріонної матерії. За словами директора лабораторії високих енергій Об'єднаного Інституту ядерних досліджень (ОІЯД) Володимира Кекелідзе, проект розділений на кілька етапів. Згідно з наміченими планами, колайдер буде запущений у 2019 році і розвине повну потужність через 3 роки, після чого вийде на штатний робочий режим і буде готовий до планового використання. Перший етап у реалізації проекту – будівництво детектора BM@N буде завершено вже у 2017 році. Завершення фінального, третього етапу - спорудження детектора SPD, відповідно до поточних планів та можливостей ОІЯД намічено на 2023 рік.

Незважаючи на суттєву різницю у розмірах і бюджетах (на початкових етапах фінансування здійснювалося силами ОІЯД), перед НІКОЮ, що також реалізується в міжнародній кооперації, стоять анітрохи не менш амбітні завдання, ніж перед цернівською установкою. Головна відмінність російського комплексу NICA від швейцарського у початкових цілях експериментів. Якщо ЦЕРН створювався, головним чином, для пошуку невловимого бозона Хіггса - частки, що повідомляє масу решті частинок, то НІКА дозволить вивчити аспекти виникнення Всесвіту кілька мільярдів років тому і, насамперед, процес формування з глюонів і кварків частинок баріонної матерії, що існувала тільки на ранніх етапах еволюції Всесвіту та в надрах нейтронних зірок.

NICA дозволить вивчити взаємодії пучків різних частинок: від протонів і поляризованих дейтронів - до масивних іонів золота. Тяжкі іони планується розганяти до енергій 4,5 ГеВ на кулон, протони - до 12,6 ГеВ. Створюється коллайдер на базі модернізованого прискорювача "Нуклотрон", який працює в ОІЯД з 1993 року. Реєстрація параметрів зіткнень потоків часток буде проводитись у двох точках.

Плани та перспективи

Проект НІКА не передбачає копання тунелів і шахт, оскільки установка, що є каскадом з трьох прискорювачів, розроблялася з урахуванням потужностей вже існуючого надпровідного іонного синхротрона-нуклотрону. Необхідну для проведення експериментів інтенсивність частинкам забезпечить "бустер", що використовує існуючі магніти синхрофазотрона. А розігнати протони до потрібних енергій дозволять два кільця колайдера діаметром по 500 м.

Надпровідний прискорювальний комплекс NICA

Є ще область фізики високих енергій, не менш цікава і дуже популярна сьогодні. І в цій галузі ми очікуємо на дуже яскраві цікаві відкриття. Одне – фазовий перехід ядерної матерії. Для того, щоб вивчати явища такого порядку, необхідно створити максимальну щільність баріонної матерії, яка існує в нейтронних зірках. Для вивчення цих процесів не потрібно енергій таких масштабів, як ті, що використовуються на БАК або Брукхейвенській машині. Теоретично необхідна для наших експериментів енергія дуже близька до тієї, яка вже сьогодні досяжна на нашому Нуклотроні”, - пояснив директор лабораторії високих енергій ОІЯД Володимир Кекелідзе.

Вчені розраховують, що NICA зможе створити найкращі умови для експериментів з важкими іонами, що дозволить перемістити до Підмосков'я світовий центр досліджень у цій галузі фізики.

Нуклотрон (Перший надпровідний синхротрон важких іонів)

“Теоретики сформулювали ті умови, за яких став можливим розвиток Всесвіту тим шляхом, яким воно пішло. А умови дуже прості – певна температура (або енергія) частинок та щільність ядерної речовини. Коли було визначено критерії та граничні параметри, стало зрозуміло, який експеримент слід поставити в лабораторних умовах у нас на Землі, щоб змоделювати ті умови, які були на ранніх етапах формування Всесвіту”, - пояснює заступник головного інженера ОІЯД, член-кореспондент РАН Григорій Трубніков.

Відповідно до гіпотез учених, НІКА дозволить моделювати умови, близькі до тих, якими супроводжувався «Великий вибух», що став за однією з версій, що розглядаються, причиною виникнення нашого Всесвіту. “Для вирішення завдань, що стоять перед нами, знадобиться чітко визначена енергія, до якої потрібно розігнати важкі ядра. З цією метою ми вибрали “золото по золоту”, що легше технологічно. Значно прискорює та спрощує процес реалізації проекту той факт, що колайдер створюється на базі існуючого та працюючого Нуклотрона. Можливості NICA дозволять нам вести дослідження у двох напрямках: вивчати важку іонну програму, намагатися досягти тієї максимальної щільності баріонної матерії та дивитися, що з цього вийде і водночас вивчати не менш цікавий напрямок – спинову фізику”, - пояснив Володимир Кекелідзе.

Експеримент BM@N вивчення баріонної матерії на Нуклотроне

Зіткнення важких іонів високих енергій надають унікальні можливості вивчення властивостей ядерної матерії за екстремальних умов. Одними з основних проблем у сучасній астрофізиці є опис механізмів освіти і стабільності нейтронних зірок, а також процесів наднових, що протікають при вибуху. При цьому рівняння стану надщільної ядерної матерії може бути отримано лише на підставі експериментальних даних щодо ядро-ядерних зіткнень.

Одним з найбільш інтригуючих є прогноз про часткове відновлення киральної симетрії в щільній ядерній матерії, що спостерігається за значними змінами властивостей адронів (мас і часів життя) під впливом ядерної щільності. Однак, дефіцит точних експериментальних даних для енергій зіткнення порядку кількох ГеВ на нуклон зараз ускладнює вибір на користь будь-якого із запропонованих сценаріїв модифікації. При зіткненні релятивістських ядер народжується велика кількість частинок з дивністю (К-мезонів та Λ-гіперонів). У процесі вторинної взаємодії цих частинок з нуклонами середовища можливе множинне утворення каскадних гіперонів та гіперядер. Вивчення народження гіперядер дозволить прояснити важливі властивості гіпероннуклонного та гіперонгіперного потенціалу взаємодії в середовищі. Більше того, заплановані дослідження мають значний потенціал відкриття, оскільки дані щодо подвійних гіперядр на сьогодні представлені вкрай скупо.

Програма з фізики важких іонів на Нуклотроні передбачає розвиток наступних напрямів досліджень: вивчення рівняння стану ядерної матерії та динаміки ядерних зіткнень, вивчення властивостей адронів у щільному середовищі, вивчення народження каскадних гіперонів поблизу порога та народження гіперядер.

Значну частку в зібраній статистиці складуть реакції p+p, p+n(d), які будуть потрібні для нормування даних A+A зіткнень.

Мал. 1. Схема експерименту BM @ N

Проведені експерименти дозволять вченим досліджувати розподіли адронів за швидкістю, азимутальним кутом, поперечним імпульсом, вивчити флуктуацію та кореляцію адронів у події. Рис. 2 (див. Нижче) представлена ​​схема експериментальної установки. Детектор BM@N представлений трековою системою, пролітною системою для ідентифікації заряджених частинок і детекторами для визначення параметрів зіткнення. Трекова система складається з набору GEM (Gaseous Electron Multipliers) детекторів, що розташовуються всередині магніту (мах поле 0.8 Тл), а також Cathode Pad (CPC) і дрейфових (DCH) камер позаду магніту. Для ефективного поділу частинок призначені часопролітні детектори (TOF1,2) на основі технології mRPC (multigap Resistive Plate Chambers) зі стриповим зчитуванням. Параметри таких детекторів дають можливість ідентифікувати частинки до імпульсів порядку декількох GeV/c. Калориметр під нульовим кутом (ZDC) призначений для визначення прицільного параметра зіткнення (центральності) вимірювання енергії частинок-фрагментів пучка. Планується також відновлювати центральність взаємодії незалежно за вимірами енергії частинок-фрагментів мішені в детекторі віддачі (Recoil), що частково перекриває задню напівсферу (-1) Мал. 2. Модуль GEM-детектора на тестовому пучку Нуклотрону

Слід зазначити, що GEM-детектори для експерименту BM@N створюються групою ОІЯД з використанням розробок ЦЕРНу. Тестовий зразок GEM-детектора вже пройшов тест-контроль протягом сеансу на пучку протонів Нуклотрона у лютому 2014р. (Мал. 2) та у всіх тестах підтвердив операційну стабільність та ефективність реєстрації.

Характеристики BM@N щодо реконструкції гіперонів за допомогою трекової інформації з GEM детектора представлені на Рис. 3. Якість ідентифікації Λ-гіперонів по інваріантній масі залишається високою навіть у подіях з високою множинністю частинок (у т. зв. центральних Au+Au взаємодіях).

Мал. 3. Розподіл інваріантної маси для пар протонів і π-мезонів, реконструйованих у центральних Au+Au зіткненнях при 4.5 ГеВ/нуклон.

Hilac. Лінійний прискорювач важких іонів

НІКА, на думку вчених, допоможе розкрити структуру Всесвіту та принципи, що лежать в основі її фундаментальних сил та явищ: чорних дірок, темної матерії, темної енергії, “кротових нір”, екстра-вимірювань.

“Коли ви знаєте, як утворювалася речовина, як утворювалася матерія, як вона формувалася, ви зможете спрогнозувати, що буде з цією матерією, як вона розвиватиметься далі, як розпадатиметься і, нарешті, як гине. Взагалі це ті фундаментальні питання, які дозволять отримати ключ до розуміння еволюції нашого Всесвіту”, - ділиться своєю думкою Григорій Трубніков.

Параметри створюваної установки дозволять досягти надвисокої щільності речовини, високої енергії, дослідити поведінку безлічі різноманітних частинок, що відкриває безпрецедентні можливості для вирішення цілого ряду прикладних завдань. Новими знаннями поповниться вуглецева терапія, з'явиться можливість вивчення процесів трансмутації радіоактивних відходів та нових підходів одержання енергії.

За словами Кекелідзе, проект NICA буде реалізований з використанням передових технологій і матеріалів, що забезпечить російському прискорювачу перевагу в швидкості отримання інформації про зіткнення часток в 100-1000 разів, в порівнянні з його попередником і головним конкурентом - прискорювачем RHIC в американському Брукхейвені.

“Спочатку вчені планують зіштовхувати між собою не лише іони, а й іони та протони, інші елементарні частинки та легкі ядра. Це дозволить накопичити первинні дані, визначити відправні точки та зрозуміти, куди та як рухатися далі. Подібні дослідження привертають увагу не тільки фізиків-ядерників, а й теоретиків, зайнятих вивченням того, як зародився Всесвіт і тих процесів, що відбуваються в надрах надщільних згустків матерії – нейтронних зірок та інших вироджених об'єктів космосу” – переконаний фізик.

Поточна ситуація

У проекті NICA, що реалізується на базі ОІЯД, беруть участь провідні міжнародні експерти. І дуже важливо, що проект буде саме в Росії, а не за кордоном і створить унікальні можливості для розвитку вітчизняного наукового потенціалу, робочі місця з блискучими перспективами розвитку поколінь російських фізиків.

Кевелидзе зазначив, що реалізація проекту НІКА відбувається у повній відповідності до графіка. Події останніх 3-х років, пов'язані з політичною ситуацією, практично не позначилися на проекті, що спочатку реалізовується, окрім російських учених, фахівцями з Білорусії, України, Казахстану, Болгарії та Німеччини.

Певною мірою ускладнилися шляхи подолання проблем, пов'язаних із подіями в Україні та, насамперед, ускладнилися схеми логістики. Водночас Україна залишається активним учасником проекту, хоча певні проблеми із внесками, за словами Кевелідзе, очікуються. Так нещодавно завод у Краматорську – додав він, поставив частину необхідної комплектації. На 85-90% наукова спільнота України дистанціювалася від подій і продовжує підтримувати зв'язки з російськими колегами. Практично не відчули в ОІЯД та західних санкцій, значно сильніше тиснуть ті ембарго, які були прийняті у 50-х роках минулого століття на етапі холодної війни. Водночас, є шляхи та способи їх обходу – “оренда” готових виробів замість закупівлі сирих матеріалів тощо. І європейські колеги, за словами Кевелідзе, виявляють активну зацікавленість у пошуку таких шляхів.

2016 року заплановано початок набору фізичних даних в експерименті BM@N. Продовжується активна робота щодо створення елементів детектора, модернізації каналу пучка, оптимізації параметрів установки за допомогою методів моделювання Монте-Карло.

Коротка довідка:

Об'єднаний Інститут ядерних досліджень (Дубна, Росія) засновано у 1956 році на базі Інституту ядерних проблем Академії наук СРСР. Саме у Дубні створювався перший у світі протонний прискорювач, синхрофазотрон. У складі інституту працює 7 лабораторій. Основні напрями досліджень – фізика елементарних частинок, ядерна фізика, конденсований стан речовини.

Сайт проекту

Література:

1. I. Sagert et al, Phys. Rev. C 86, 045802 (2012).
2. R. Rapp, J. Wambach, Eur. Phys. J. A 6 (1999) 415;
R. Shyam та U. Mosel, Phys. Rev. C 67, 065202 (2003);
R. Rapp, J. Wambach та H. van Hees, arXiv:0901.3289.
3.J. Steinheimer, K. Gudima, A. Botvina, I. Мішустін, M. Bleicher, H. Stocker,
Phys. Lett. B 714 (2012), pp. 85
4. Searching for QCD mixed phase at Nuclotron-based ion collider facility (NICA White Paper). nica.jinr.ru
5. BM @ N Conceptual Design Report.

Шановні читачі, ми завжди із задоволенням зустрічаємо та чекаємо на вас на сторінках нашого блогу. Ми готові й надалі ділитися з вами актуальними новинами, оглядовими матеріалами та іншими публікаціями, і постараємося зробити все можливе для того, щоб проведений час був для вас корисним. І, звісно, ​​не забувайте підписуватись на наші рубрики.
Інші наші статті та події

• Gator Caref Watch. Турбота про вашу дитину
• Весняні знижки від KitchenAid
• Розпродаж корисних гаджетів та цікавих штук
• Logitech розширює лінійку механічних ігрових клавіатур з кольоровим підсвічуванням
• Вибір розумного годинника сьогодні. Що змінилося?
• Ідеальний гаджеторюкзак для батька сімейства
• Як чохол не врятував мій iPhone. Вибирай правильно