«Вселенная в лаборатории»

25 марта в Дубне началось строительство коллайдера NICA

,
Shutterstock
25 марта в Дубне был заложен первый камень стройки коллайдера NICA. О том, как коллайдер поможет пролить свет на процессы возникновения Вселенной и как с его помощью ученые хотят воссоздать «мини-большой взрыв» в лаборатории, рассказывает отдел науки «Газеты.Ru».

25 марта началась реализация мегапроекта NICA (Nuclotron Ion Collider Acility) — в 2013 году этот проект вошел в число шести крупных научно-исследовательских проектов класса мегасайенс с международным участием на территории России.

22 марта в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) прошла пресс-конференция, на которой было объявлено о сроках реализации.

Коллайдер NICA создается на базе ускорителя «Нуклотрон», построенного в 1993 году. Для планируемых экспериментов создаются детекторы MPD и BM@N.

Первый будет расположен в точке столкновения пучков коллайдера NICA, второй — на выведенном пучке укорителя «Нуклотрон». Эти уникальные установки сопоставимы по масштабу с детекторами Большого адронного коллайдера в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН).

В пятницу, 25 марта, был заложен первый камень стройки. Первый запуск коллайдера запланирован на конец 2017 года: сначала в строй будет введен детектор BM@N. Сам коллайдер с детектором MPD заработает к концу 2019 года. Директор ОИЯИ Виктор Матвеев отметил, что в реализации проекта уже сейчас участвуют 16 научных организаций из России и 79 — из других стран мира. Договоры о сотрудничестве подписаны с такими странами, как Франция, Германия, Италия, ЮАР, Белоруссия, планируется партнерство с Китаем. Президент Российской академии наук Владимир Фортов также отметил важность международного сотрудничества в подобных проектах: «Дубна — уникальное образование. Реальный международный центр, один из первых. В нем многое сделано, но, что важно, центр остается молодым, в нем работают молодые люди, молодые установки, молодые идеи». Фортов подчеркнул важность проекта NICA, который, по словам президента РАН, «даст уникальную информацию о ранних этапах существования Вселенной».

Основная цель этого проекта — поиск новых состояний в ядерной материи. Для этого будут использованы установки, имеющие наиболее оптимальные характеристики, которые позволят достигнуть максимальных барионных плотностей.

По современным теоретическим представлениям материя может находиться в нескольких состояниях: адронном, кварк-глюонном и так называемой смешанной фазе, состоящей из композиции первых двух состояний.

Кварк-глюонная материя и ее переход в привычный для нас мир частиц могут быть воссозданы в экспериментах на ускорителях путем столкновения тяжелых ионов.

Для этого нужны не очень высокие по современным понятиям энергии столкновения — всего лишь порядка 10 ГэВ. Это гораздо меньше, чем энергии Большого адронного коллайдера и релятивистского коллайдера тяжелых ядер (RHIC) из Брукхейвенской национальной лаборатории, расположенной близ Нью-Йорка (США). Для сравнения: на БАК сейчас проходят столкновения протонных пучков с энергией 8 ТэВ.

Авторы называют проект NICA «Вселенной в лаборатории». «Главная задача проекта NICA — изучение плотной барионной материи в той области энергий, где она достигает максимальной плотности, — рассказывает директор лаборатории физики высоких энергий (ЛФВЭ) ОИЯИ Владимир Кекелидзе. — Вторая задача — изучение спиновой структуры нуклонов.

Мы хотим воссоздать «мини-большой взрыв» в лаборатории. В первые миллисекунды после Большого взрыва произошло формирование нашего мира.

То, что было в самом начале, — это кварк-глюонная плазма, кирпичики мироздания, которые изучают в ЦЕРН. Как из этих кирпичиков мироздания родился тот мир, в котором мы живем, как возникли протоны и нейтроны, мы хотим воссоздать в нашей лаборатории, сталкивая атомы золота». Лауреат Нобелевской премии по физике 2004 года Дэвид Гросс, присутствовавший на церемонии начала строительства, также отметил, что впечатлен масштабом предстоящих исследований: «Будет интересно понять, как вели себя кварки в условиях ранней Вселенной», — отметил ученый.

Это не единственный в мире проект по изучению барионной материи. В США уже введен в строй ионный коллайдер RHIC. Однако он не позволяет достичь нужной барионной плотности, подобной веществу нейтронной звезды.

В Германии разрабатывается проект FAIR. FAIR — это коллайдер с фиксированной мишенью, в нем пучок частиц ударяется по мишени, при этом часть энергии тратится на движение системы, что приводит к потерям энергии. В коллайдере NICA два пучка сталкиваются между собой, что энергетически выгодно, однако сложно точно совместить пучки для достижения большой светимости — высокой интенсивности сигнала распада.

На вопрос корреспондента отдела науки о том, поможет ли проект NICA пролить свет на загадки темной энергии и темной материи, Кекелидзе ответил:

«Напрямую проект NICA не связан с этими понятиями, но поскольку мы будем проводить эксперименты с высокой барионной плотностью, возможно, мы найдем что-то проливающее свет на эти вопросы. Речь идет о темной материи, а не о темной энергии».

По словам вице-директора ОИЯИ Рихарда Ледницки, стоимость проекта NICA составляет более $500 млн. 80% бюджета оплачивает Россия. Проект NICA международный. Оборудование и программное обеспечение разрабатывают специалисты из Украины, Германии, Италии и других стран. В 2010 году был подписан договор с ЦЕРН о взаимовыгодном сотрудничестве.

В то же время многие компоненты изготавливаются в России. В ОИЯИ действует завод по изготовлению сверхпроводящих магнитов, в том числе для NICA.

Проект имеет множество инновационных приложений, помимо фундаментальной науки. Установки ОИЯИ позволяют исследовать влияние ионных пучков на организм живых существ. Развивается адронная терапия, направленная на лечение рака.