Коллайдер NICA: уникальный научный мегапроект в Дубне. Сделано в России. В подмосковной Дубне началось строительство коллайдера NICA

В Дубне, в Институте ядерных исследований, создают новый коллайдер. Назвали проект просто и красиво - НИКА. Это аббревиатура от Nuclotron-based Ion Collider facility. А в мифологии — богиня Победы. На установке НИКА ученые попытаются смоделировать процесс первых мгновений возникновения Вселенной несколько миллиардов лет назад. По сути, рождение нашего мира.

"Младший брат" появится в подмосковной Дубне. В Объединенном Институте ядерных исследований началось строительство отечественного ускорителя ядерных частиц.

Справка: Объединенный Институт ядерных исследований. Основан в 1956 году на базе Института ядерных проблем Академии наук Советского Союза. Находится в городе Дубне. Здесь впервые в мире создан синхрофазотрон, протонный ускоритель. За большой вклад Института в современную физику 105-му элементу периодической системы Менделеева присвоено название "Дубний", а 114-му -"Флеровий", в честь . Сегодня в составе института — 7 лабораторий. Основные направления исследований — ядерная физика, физика элементарных частиц и конденсированного состояния вещества.

Нарекли русский коллайдер просто и красиво - НИКА. Аббревиатура от Nuclotron-based Ion Collider facility. Или "богиня Победы".

НИКА - не менее амбициозная, но менее дорогая установка, чем церновская. Периметр кольца - 500 метров. Как и швейцарский прибор, создаваться НИКА будет в международной кооперации.

В Дубне не стали рыть тоннели и копать шахты - проект разработан на базе уже существующего нуклотрона. По сути - это каскад из трех ускорителей. Один из них уже действует - сверхпроводящий ионный синхротрон-нуклотрон. Второй этап - бустер - обеспечит частицам необходимую интенсивность. Раньше здесь располагались магниты синхрофазотрона.

Плюс два кольца коллайдера, в котором и будут сталкиваться протоны.

Русский коллайдер станет лучшей установкой для проведения экспериментов по физике тяжелых ионов. Ученые надеются, что после запуска проекта НИКА центр таких исследований пропишется в Подмосковье.

"Есть еще область физики высоких энергий, она не менее интересная, она очень популярная сегодня среди физиков, в этой области ожидаются очень яркие интересные открытия, а именно - фазовые переходы ядерной материи. Для того, чтобы их изучать, необходимо создать максимальную плотность барионной материи, ту, которая существует в нейтронных звездах. Для изучения именно этих процессов в максимальной барионной плотности не нужна максимальная энергия, как на БАКе или на Брукхейвенской машине. Теоретики рассчитали: она очень близка к той, которая сегодня достижима на нашем нуклотроне", — рассказывает директор лаборатории высоких энергий ОИЯИ Владимир Кекелидзе.

Главное отличие российского коллайдера от швейцарского в том, что в ЦЕРН основные силы брошены на поиски неуловимого бозона Хиггса. Частицы, которая дает массу всем остальным частицам.

Россия же на своей установке будет изучать другую область возникновения Вселенной несколько миллиардов лет назад: формирование из кварков и глюонов частиц барионной материи. То есть, нашего с вами мира.

"Теоретики сформулировали те условия, при которых было возможно формирование Вселенной по тому пути, по которому оно пошло. А условия очень простые - определенная температура (или энергия) частиц и плотность ядерного вещества. Когда теоретиками были сформулированы эти условия, стало понятно, какой эксперимент можно поставить в лабораторных условиях у нас на Земле, чтобы попробовать смоделировать те условия, которые были на ранних этапах формирования Вселенной", — говорит заместитель главного инженера ОИЯИ, член-корреспондент РАН Григорий Трубников.

Именно НИКА позволит ученым приблизиться к условиям возникновения "Большого взрыва", от которого, по мнению физиков, и появилась наша Вселенная.

"Для этого нужно четко определенная энергия, нужно разогнать тяжелые ядра, мы выбрали золото по золоту, потому что это легче технологически сделать. На базе нуклотрона и создается коллайдер. Первый разгонный блок будет нуклотрон, линак, потом пучки будут выведены и будет организована встреча двух пучков в двух местах. В одном мы будем изучать тяжелую ионную программу, пытаться достичь той максимальной плотности барионной материи и смотреть, что из этого получится. А в другой будем изучать спиновую физику - тоже не менее интересный проект", — объясняет Владимир Кекелидзе.

С помощью НИКИ ученые надеются раскрыть структуру Вселенной и тайны ее фундаментальных сил: темной материи, темной энергии, черных дыр, "кротовых нор" и экстра-измерений.

"Когда вы знаете, как образовывалось вещество, как образовывалась материя, как она формировалась, вы можете прогнозировать, что будет с этой материей, как она будет дальше развиваться, как она будет распадаться и гибнуть. Вообще, это фундаментальные вопросы, которые дадут отгадки к пониманию эволюции нашей Вселенной", — полагает Григорий Трубников.

Сегодня научная программа НИКА наполняется новыми идеями. Параметры установки, а это — высокая энергия, колоссальная плотность вещества и разнообразие сортов исследуемых частиц - открывают возможности для решения целого ряда прикладных задач.

Это углеродная терапия, тестирование электроники для космических программ, трансмутация радиоактивных отходов, новые подходы к получению энергии.

Но главное, что коллайдер станет работать у нас в стране, а не за рубежом. И молодые российские учёные получат хорошую и интересную работу у себя дома.

Запуск первого этапа проекта НИКА планируется через два года. А уже к 2017 году ядерщики из Дубны ждут начала работы всего комплекса.

Одно из забытых чудес СССР, находящееся на границе Московской и Калужской областей - тоннель УНК (ускорительно-накопительного комплекса протонов, протонного коллайдера). В СССР проект протонного коллайдера не был реализован. Сейчас уже Россия решила построить новый коллайдер...

В наукограде Дубна, на территории международного Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) состоялась церемония закладки первого камня в основание комплекса строительных зданий и сооружений российского сверхпроводящего коллайдера класса мегасайенс NICA.

Экспериментальная программа на ускорительно-экспериментальном комплексе NICA будет очень широкой. Исследования свойств барионной материи в экстремальных условиях и ее фазовых переходов, изучение природы спина нуклона и поляризационных явлений. Инновационно-исследовательские работы в области материаловедения и создания новых материалов. Медицины и пучковой терапии, радиобиологии, электроники, исследований по тематике программ Роскосмоса, утилизации и переработки радиоактивных расходов, создания новых безопасных источников энергии, криогенной техники.

По мнению Григория Трубникова, член-корреспондента РАН, вице-директора ОИЯИ, NICA будет первым проектом в России, который официально обретет статус мега-сайенс проекта. Важно, что NICA получит государственную поддержку. Всё это даст колоссальный импульс к развитию, даст сигнал странам, которые не являются странами-участницами ОИЯИ, но хотят участвовать в проекте NICA. Ряд стран, таких как Китай, Италия, Германия и Южная Африка, уже сегодня готовы присоединиться к проекту.

Первый запуск планируется произвести через три года, а на полную мощность комплекс должен заработать к 2023 году. Это один из самых амбициозных научных проектов России. Наша страна берет на себя основные расходы. Но серьезный вклад вносят и зарубежные учредители института — 18 государств и еще 6 стран, которые являются ассоциированными членами.

Целью проекта «Комплекс сверхпроводящих колец на встречных пучках тяжелых ионов NICA» является создание ускорительно-экспериментальной базы мирового уровня для проведения фундаментальных исследований сверхплотного ядерного вещества, спиновой структуры адронов, а также для выполнения широкого спектра инновационных и прикладных работ.

Коллайдер позволит ускорять и сталкивать тяжелые ядра, вплоть до золота, с рекордными параметрами в требуемом диапазоне энергий, обеспечит столкновения поляризованных ядер. Комплекс состоит из трех крупных блоков — ускорительного, научно-исследовательского, инновационного.

Ускорительный блок включает уже функционирующие источники ядер, в том числе поляризованных, линейный ускоритель и кольцевой ускоритель Нуклотрон, запущенный в 1993 году. Последний основан на криогенных технологиях, разработанных в Дубне, и является вторым по мощности сверхпроводящим ускорителем в Европе после Большого адронного коллайдера.

В научно-исследовательском блоке предусматривается развитие существующей экспериментальной базы на пучках Нуклотрона — установка BM@N, и создание детекторов для коллайдера NICA — многоцелевой детектор MPD и детектор для экспериментов с поляризованными ядрами SPD. При создании ускорительных и детекторных элементов используется опыт, накопленный при подготовке экспериментов на Большом адронном коллайдере в Европейском центре ядерных исследований, а также в научно-исследовательских лабораториях США, Европы и Японии, следует из пресс-релиза.

Инновационный блок включает существующие зоны, которые будут развиты и дополнены новыми для проведения прикладных исследований в различных областях, в том числе альтернативной ядерной энергетики, углеродной лучевой терапии, тестирования на пучках ионов высоких энергий электронных компонентов и биологических объектов в рамках космических программ. Для проведения этих работ привлекаются высокотехнологичные отрасли промышленности России.

«Нуклотрон»

Площадка, на которой был заложен первый камень коллайдера NICA

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.

Ионный ускоритель

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.

Завод по изготовлению сверхпроводящих магнитов

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.

+ Оригинал взят у sergpodzoro в Руины чудес СССР. Тоннель Протвинского ускорителя элементарных частиц как забава для диггеров.

Оригинал взят у sergpodzoro в Руины чудес СССР. Тоннель Протвинского ускорителя элементарных частиц как забава для диггеров.

Недавно в России заложен новый коллайдр. Сделано в России. В подмосковной Дубне началось строительство коллайдера NICA. Последее время все говорили о коллайдере в Церне...
Но мало кто знает про одно из забытых чудес СССР, находящееся на границе Московской и Калужской областей - тоннель УНК (ускорительно-накопительного комплекса протонов, протонного коллайдера). Представляет собой кольцо разных диаметров (самый маленький больше тоннеля метро) с техническими выработками и помещениями на глубине от 20 до 60 метров. Длина всего кольца больше 21 километра, что сравнимо по масштабам и затратам на строительство разве что с кольцевой линией московского метрополитена со всеми её сооружениями гражданской обороны.

Но грандиозной идее строительва там и не суждено было до конца сбыться. В конце 90-х сооружение перестали достраивать, потом поставили на консервацию, а на сегодняшний момент оно находится и вовсе в полузаброшенном состоянии. Астрономические финансы, затраченные на постройку, труд сотен рабочих в течении десятка-двух лет, как и сама идея самого большого колайдера в СССР, а позже РФ просто напросто забыты.

До сих пор действующий ускоритель в наукограде Протвино (так называемый У-70, его энергия 70 ГэВ, длина кольцевого зала на поверхности земли полтора км) должен был выполнять для него только функцию запуска протонов внутрь этого огромного кольца, где в свою очередь под действией ускоряюще-фокусирующей системы разгонялись бы до энергий 600 ГэВ (первая ступень УНК) и 3 000 ГэВ (вторая - сверхпроводящая- ступень УНК)

В настоящее время вся эта невероятно масштабная постройка находится на состоянии полуконсервации, оставшиеся рабочие успевают разве что заделывать дырки в тюбингах, из которых сочится грунтовая вода, и со скоростью сто метров в десять лет делаются попытки довести хотя бы тоннель до полной кондиции.

Теперь государство выделяет финансирование разве что на частичное поддержание удовлетворительного состояния, освещение и электричество для работы насосов и охрану строительных площадок УНК. Вот такая история одного из многих несбывшихся чудес величия канувшей в лету страны.

Но не бывает худа без добра. Теперь это место стало чуть ли не вожделенной Меккой для любителей индустриального туризма и различных субкультур экстримальных течений. Отдельно стоит написать про несколько электровозов, находящиеся на кольце, которые находятся ещё в рабочем состоянии (внизу по всему кольцу проложенна действующая узкоколейка, по которой можно покататься если победишь в игре "Где опять спрятали электровоз"), и которые периодически ломаются и снова чинятся, спускаются с рельс и снова ставятся на рельсы как остатками местных рабочих так и другим неофициальными посетителями протвинского коллайдера.

Хотя действительно неофициально (потому что официального посещения этого места не существует в приниципе) спуститься вниз и посмотреть на все это могут и способны только небольшое количество людей. И не стоит забывать про местное отделение милиции, которое всегда радо своим новым посетителям:)

Приветствуем вас на страницах блога iCover! Сегодня, 25 марта состоится торжественная церемония закладки первого камня в основание перспективного ускорительного комплекса, приуроченная к началу работ по строительству российского коллайдера NICA в Подмосковной Дубне. Согласно планам, первый запуск коллайдера планируется в начале 2019 года. О проекте российских физиков, его главных задачах, направлениях исследований и текущем состоянии дел на объекте мы расскажем в нашей сегодняшней публикации.

Работы над созданием младшего брата БАК первого российского коллайдера NICA (Nuclotron-based Ion Collider facility) в Институте ядерных исследований (г. Дубна) были начаты в 2013 году. Глобальная цель проекта – моделирование момента возникновения Вселенной и изучение свойств плотной барионной материи. По словам директора лаборатории высоких энергий Объединенного Института ядерных исследований (ОИЯИ) Владимира Кекелидзе проект разделен на несколько этапов. Согласно намеченным планам коллайдер будет запущен в 2019 году и разовьет полную мощность спустя 3 года, после чего выйдет на штатный рабочий режим и будет готов к плановому использованию. Первый этап в реализации проекта - постройка детектора BM@N будет завершен уже в 2017 году. Завершение финального, третьего этапа - постройки детектора SPD, в соответствии с текущими планами и возможностями ОИЯИ намечено на 2023 год.

Несмотря на существенную разницу в размерах и бюджетах (на начальных этапах финансирование осуществлялось силами ОИЯИ), перед НИКОЙ, также реализуемой в международной кооперации, стоят ничуть не менее амбициозные задачи, чем перед церновской установкой. Главное отличие российского комплекса NICA от швейцарского в изначальных целях экспериментов. Если ЦЕРН создавался, главным образом, для поиска неуловимого бозона Хиггса - частицы, сообщающей массу всем остальным частицам, то НИКА позволит изучить аспекты возникновения Вселенной несколько миллиардов лет назад и, прежде всего, процесс формирования из глюонов и кварков частиц барионной материи, существовавшей только на ранних этапах эволюции Вселенной и в недрах нейтронных звезд.

NICA позволит изучить взаимодействия пучков самых разных частиц: от протонов и поляризованных дейтронов – до массивных ионов золота. Тяжелые ионы планируется разгонять до энергий 4,5 ГэВ на кулон, протоны – до 12,6 ГэВ. Создается коллайдер на базе модернизированного ускорителя “Нуклотрон”, работающего в ОИЯИ с 1993 года. Регистрация параметров столкновений потоков частиц будет проводиться в двух точках.

Планы и перспективы

Проект НИКА не предполагает рытья тоннелей и шахт, поскольку установка, представляющая собой каскад из трех ускорителей разрабатывалась с учетом мощностей уже существующего сверхпроводящего ионного синхротрона-нуклотрона. Необходимую для проведения экспериментов интенсивность частицам обеспечит “бустер”, использующий уже существующие магниты синхрофазотрона. А разогнать протоны до нужных энергий позволят два кольца коллайдера, диаметром по 500 м.

Сверхпроводящий ускорительный комплекс NICA

“Есть еще область физики высоких энергий, не менее интересная и очень популярная сегодня. И в этой области мы ожидаем очень яркие интересные открытия. Одно из них – фазовый переход ядерной материи. Для того, чтобы изучать явления такого порядка, необходимо создать максимальную плотность барионной материи, ту, которая существует в нейтронных звездах. Для изучения этих процессов не требуется энергий таких масштабов, как те, что используются на БАКе или Брукхейвенской машине. В теории требуемая для наших экспериментов энергия очень близка к той, которая уже сегодня достижима на нашем Нуклотроне”, - пояснил директор лаборатории высоких энергий ОИЯИ Владимир Кекелидзе.

Ученые рассчитывают, что NICA сумеет создать лучшие условия для экспериментов с тяжелыми ионами, что позволит переместить в Подмосковье мировой центр исследований в этой области физики.

Нуклотрон (Первый сверхпроводящий синхротрон тяжелых ионов)

“Теоретики сформулировали те условия, при которых стало возможным развитие Вселенной по тому пути, по которому оно пошло. А условия очень простые – определенная температура (или энергия) частиц и плотность ядерного вещества. Когда были обозначены критерии и граничные параметры, стало ясно, какой эксперимент следует поставить в лабораторных условиях у нас на Земле чтобы смоделировать те условия, которые были на ранних этапах формирования Вселенной”, - поясняет заместитель главного инженера ОИЯИ, член-корреспондент РАН Григорий Трубников.

В соответствии с гипотезами ученых, НИКА позволит моделировать условия, близкие к тем, которыми сопровождался «Большой взрыв» ставший по одной из рассматриваемых версий причиной возникновения нашей Вселенной. “Для решения стоящих перед нами задач потребуется четко определенная энергия, до которой требуется разогнать тяжелые ядра. Для этой цели мы выбрали “золото по золоту”, что легче технологически. Значительно ускоряет и упрощает процесс реализации проекта тот факт, что коллайдер создается на базе существующего и работающего Нуклотрона. Возможности NICA позволят нам вести исследования в двух направлениях: изучать тяжелую ионную программу, пытаться достичь той максимальной плотности барионной материи и смотреть, что из этого получится и, вместе с тем, изучать не менее интересное направление - спиновую физику”, - пояснил Владимир Кекелидзе.

Эксперимент BM@N для изучения барионной материи на Нуклотроне

Столкновения тяжелых ионов высоких энергий предоставляют уникальные возможности для изучения свойств ядерной материи при экстремальных условиях. Одними из основных проблем в современной астрофизике являются описание механизмов образования и стабильности нейтронных звезд, а также процессов протекающих при взрыве сверхновых. При этом уравнение состояния сверхплотной ядерной материи может быть получено только на основании экспериментальных данных по ядро-ядерным столкновениям.

Одним из наиболее интригующих является предсказание о частичном восстановлении киральной симметрии в плотной ядерной материи наблюдаемое по значительным изменениям свойств адронов (масс и времен жизни) под влиянием ядерной плотности. Однако, дефицит точных экспериментальных данных для энергий столкновения порядка нескольких ГэВ на нуклон на настоящий момент затрудняет выбор в пользу какого-либо одного из предложенных сценариев модификации. При столкновении релятивистских ядер рождается большое количество частиц со странностью (К-мезонов и Λ-гиперонов). В процессе вторичного взаимодействия этих частиц с нуклонами среды возможно множественное образование каскадных гиперонов и гиперядер. Изучение рождения гиперядер позволит прояснить важные свойства гиперон-нуклонного и гиперон-гиперонного потенциала взаимодействия в среде. Более того, планируемые исследования имеют значительный потенциал открытия, поскольку данные по двойным гиперядрам на сегодня представлены крайне скупо.

Программа по физике тяжелых ионов на Нуклотроне предполагает развитие следующих направлений исследований: изучение уравнения состояния ядерной материи и динамики ядерных столкновений, изучение свойств адронов в плотной среде, изучение рождения каскадных гиперонов вблизи порога и рождения гиперядер.

Значительную долю в собранной статистике составят реакции p+p, p+n(d), которые потребуются для нормировки данных по A+A столкновениям.

Рис. 1. Схема эксперимента BM@N

Проведенные эксперименты позволят ученым исследовать распределения адронов по скорости, азимутальному углу, поперечному импульсу, изучить флуктуации и корреляции адронов в событии. На Рис. 2 (см. ниже) представлена схема экспериментальной установки. Детектор BM@N представлен трековой системой, время-пролетной системой для идентификации заряженных частиц и детекторами для определения параметров столкновения. Трековая система состоит из набора GEM (Gaseous Electron Multipliers) детекторов, располагающихся внутри анализирующего магнита (мах поле 0.8 Тл), а также Cathode Pad (CPC) и дрейфовых (DCH) камер позади магнита. Для эффективного разделения частиц предназначены время-пролетные детекторы (TOF1,2) на основе технологии mRPC (multigap Resistive Plate Chambers) со стриповым считыванием. Параметры таких детекторов дают возможность идентифицировать частицы вплоть до импульсов порядка нескольких GeV/c. Калориметр под нулевым углом (ZDC) предназначен для определения прицельного параметра столкновения (центральности) по измерению энергии частиц-фрагментов пучка. Планируется также восстанавливать центральность взаимодействия независимо по измерениям энергии частиц-фрагментов мишени в детекторе отдачи (Recoil), частично перекрывающем заднюю полусферу (-1 Рис. 2. Модуль GEM-детектора на тестовом пучке Нуклотрона

Нужно отметить, что GEM-детекторы для эксперимента BM@N создаются группой ОИЯИ с использованием разработок ЦЕРНа. Тестовый образец GEM-детектора уже прошел тест-контроль в течении сеанса на пучке протонов Нуклотрона в феврале 2014г. (Рис. 2) и во всех тестах подтвердил операционную стабильность и эффективность регистрации.

Характеристики BM@N по реконструкции гиперонов с помощью трековой информации с GEM детектора представлены на Рис. 3. Качество идентификации Λ-гиперонов по инвариантной массе остается высоким даже в событиях с высокой множественностью частиц (в т. н. центральных Au+Au взаимодействиях).

Рис. 3. Распределение по инвариантной массе для пар протонов и π-мезонов, реконструированных в центральных Au+Au столкновениях при 4.5 ГэВ/нуклон.

Hilac. Линейный ускоритель тяжелых ионов

НИКА, по мнению ученых, поможет раскрыть структуру Вселенной и принципы, лежащие в основе ее фундаментальных сил и явлений: черных дыр, темной материи, темной энергии, “кротовых нор”, экстра-измерений.

“Когда вы знаете, как образовывалось вещество, как образовывалась материя, как она формировалась, вы сможете спрогнозировать, что будет с этой материей, как она будет развиваться далее, как будет распадаться и, наконец, как гибнуть. Вообще, это те фундаментальные вопросы, которые позволят получить ключ к пониманию эволюции нашей Вселенной”, - делится своим мнением Григорий Трубников.

Параметры создаваемой установки позволят достичь сверхвысокой плотности вещества, высокой энергии, исследовать поведение множества разнообразных частиц, что открывает беспрецедентные возможности для решения целого ряда прикладных задач. Новыми знаниями пополнится углеродная терапия, появится возможность изучения процессов трансмутации радиоактивных отходов и новых подходов получения энергии.

По словам Кекелидзе, проект NICA будет реализован с использованием самых передовых технологий и материалов, что обеспечит российскому ускорителю преимущество в скорости получения информации о столкновениях частиц в 100-1000 раз, в сравнении с его предшественником и главным конкурентом – ускорителем RHIC в американском Брукхейвене.

“Изначально ученые планируют сталкивать между собой не только ионы, но и ионы и протоны, другие элементарные частицы и легкие ядра. Это позволит накопить первичные данные, определить отправные точки и понять, куда и как двигаться дальше. Подобные исследования привлекают внимание не только физиков-ядерщиков, но и теоретиков, занятых изучением того, как зародилась Вселенная и тех процессов, которые происходят в недрах сверхплотных сгустков материи - нейтронных звезд и прочих вырожденных объектов космоса” – убежден физик.

Текущая ситуация

В проекте NICA, реализуемом на базе ОИЯИ принимают участие ведущие международные эксперты. И очень важно, что проект будет именно в России, а не за рубежом и создаст уникальные возможности для развития отечественного научного потенциала, рабочие места с блестящими перспективами для развития поколений российских физиков.

Кевелидзе отметил, что реализация проекта НИКА проходит в полном соответствии с графиком. События последних 3-х лет, связанные с политической ситуацией практически не отразились на проекте, изначально реализуемом, помимо российских ученых, специалистами из Белоруссии, Украины, Казахстана, Болгарии и Германии.

В какой-то мере осложнились пути преодоления проблем, связанных с событиями на Украине и, прежде всего, усложнились схемы логистики. Вместе с тем, Украина остается активным участником проекта, хотя определенные проблемы со взносами, по словам Кевелидзе ожидаются. Так совсем недавно завод в Краматорске – добавил он, поставил часть необходимой комплектации. На 85-90% научное сообщество Украины, дистанцировалось от происходящих событий и продолжает поддерживать связи с российскими коллегами. Практически не ощутили в ОИЯИ и западных санкций, значительно сильнее давят те эмбарго, которые были приняты в 50-х годах прошлого века на этапе холодной войны. Вместе с тем, находятся пути и способы их обхода – “аренда” готовых изделий вместо закупки сырых материалов и т. п. И европейские коллеги, по словам Кевелидзе, проявляют активную заинтересованность в поиске таких путей.

В 2016 году запланировано начало набора физических данных в эксперименте BM@N. Продолжается активная работа по созданию элементов детектора, модернизации канала пучка, оптимизации параметров установки с помощью методов моделирования Монте-Карло.

Краткая справка:

Объединенный Институт ядерных исследований (Дубна, Россия) основан в 1956 году на базе Института ядерных проблем Академии наук СССР. Именно в Дубне создавался первый в мире протонный ускоритель, синхрофазотрон. В составе института работает 7 лабораторий. Основные направления исследований – физика элементарных частиц, ядерная физика, конденсированное состояние вещества.

Сайт проекта

Литература:

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 and U. Mosel, Phys. Rev. C 67, 065202 (2003);
R. Rapp, J. Wambach and H. van Hees, arXiv:0901.3289.
3.J. Steinheimer, K. Gudima, A. Botvina, I. Mishustin, M. Bleicher, H. Stocker,
Phys. Lett. B 714 (2012), pp. 85
4. Searching for a QCD mixed phase at the Nuclotron-based ion collider facility (NICA White Paper). nica.jinr.ru
5. BM@N Conceptual Design Report.

Уважаемые читатели, мы всегда с удовольствием встречаем и ждем вас на страницах нашего блога. Мы готовы и дальше делиться с вами актуальными новостями, обзорными материалами и другими публикациями, и постараемся сделать все возможное для того, чтобы проведенное с нами время было для вас полезным. И, конечно, не забывайте подписываться на наши рубрики.
Другие наши статьи и события

• Gator Caref Watch. Забота о вашем ребенке
• Весенние скидки от KitchenAid
• Распродажа полезных гаджетов и интересных штук
• Logitech расширяет линейку механических игровых клавиатур с цветной подсветкой
• Выбор умных часов сегодня. Что изменилось?
• Идеальный гаджеторюкзак для отца семейства
• Как чехол не спас мой iPhone. Выбирай правильно

Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне 26 марта отметит 60-летие. Накануне юбилея, 25 марта, состоится торжественная церемония закладки камня в основание научного комплекса NICA - проекта мирового значения в области фундаментальных исследований по физике высоких энергий. Чем уникален нуклотрон NICA, и каковы области применения его исследований, узнал корреспондент Дубненского информагентства

Международное сотрудничество

Вид на Дом ученых в Дубне с плакатом к 60-летию ОИЯИ

Фото: Артем Рязанцев, Дубненское ИА

В закладке камня примут участие представители государств-партнеров и американский физик Дэвид Гросс, который внес значительный вклад в развитие теории, на которой базируется программа экспериментов NICA.

Целью проекта NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) является создание ускорительно-экспериментальной базы мирового уровня, которая предоставит ученым возможности, недоступные в других ускорительных центрах мира. Благодаря комплексу можно будет проводить фундаментальные исследования сверхплотного ядерного вещества и спиновой структуры адронов, а также выполнять широкий спектр инновационных и прикладных работ.

Проект экспериментальной установки класса мегасайенс реализуется с участием множества стран. Так, в состав ОИЯИ входят 18 государств-членов, еще с 6 странами подписаны протоколы на правительственном уровне. Кроме того, в декабре 2015 года было заключено соглашение между правительством Российской Федерации, Китайской Народной Республикой, Объединенным институтом ядерных исследований и Академией наук Китая. По словам директора ОИЯИ, академика РАН Виктора Матвеева, соглашение задало формат участия в проекте для других стран, которые хотели бы к нему присоединиться - Германии, Италии и ЮАР. Проект NICA привлечет в Дубну тысячи ученых и инженеров из разных стран мира.

Ускорять и изучать

Фабрика сверхпроводящих магнитов для коллайдера NICA

Фото: Артем Рязанцев, Дубненское ИА

Комплекс NICA позволит ускорять и сталкивать тяжелые ядра, вплоть до золота, с рекордными параметрами в требуемом диапазоне энергий, а также обеспечит столкновения поляризованных ядер. Он будет состоять из трех крупных блоков: ускорительного, научно-исследовательского и инновационного.

Ускорительный блок NICA включает в себя уже функционирующие источники ядер, в том числе поляризованных ядер, а также линейный ускоритель и кольцевой ускоритель Нуклотрон, запущенный в 1993 году. Нуклотрон основан на криогенных технологиях XXI века, разработанных в Дубне, и является вторым сверхпроводящим ускорителем в Европе после знаменитого Большого адронного коллайдера на границе Швейцарии и Франции. Эти технологии будут использоваться для строительства коллайдера NICA и синхротрона SIS-100 в немецком проекте FAIR.

Реализация научно-исследовательского блока NICA предусматривает развитие существующей экспериментальной базы на пучках Нуклотрона (установка BM@N) и создание двух детекторов для коллайдера - многоцелевого детектора MPD и детектора SPD для экспериментов с поляризованными ядрами.

При создании ускорительных и детекторных элементов для NICA используется опыт, накопленный при подготовке экспериментов на Большом адронном коллайдере в CERN - Европейской организации по ядерным исследованиям, а также в ведущих научно-исследовательских лабораториях США, Европы и Японии.

Инновационный блок NICA включает в себя уже существующие зоны, которые будут развиваться и дополняться новыми. На них планируется проводить прикладные исследования в области альтернативной ядерной энергетики и углеродной лучевой терапии раковых заболеваний, а также тестирование электронных компонентов и биологических объектов в рамках космических программ. Для проведения этих работ привлекаются высокотехнологичные отрасли промышленности России.

Престиж российской науки

ОЭЗ Дубна

Фото: пресс-служба ОЭЗ Дубна

Уже более 1 тысячи ученых и специалистов из 70 институтов 26 стран мира работают на Нуклотроне и участвуют в подготовке и реализации проекта NICA. С вводом в строй новых элементов ускорительного комплекса будет достигнуто новое качество экспериментов, благодаря которому число участников проекта возрастет в несколько раз.

В рамках мегапроекта NICA в Дубне будет налажено тесное сотрудничество между Министерством образования и науки РФ, Министерством науки и техники КНР, Академией наук КНР и Объединенным институтом ядерных исследований. Полностью запустить комплекс NICA планируется в конце 2019 - начале 2020 года.

Благодаря этому научному мегапроекту Россия станет одним из мировых лидеров в области фундаментальных исследований по физике высоких энергий. NICA привлечет в Дубну талантливую молодежь со всего мира, ускорит инновационные процессы во многих областях прикладных исследований и значительно поднимет престиж российской науки.

Увидели ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите "Ctrl+Enter"

В Дубне, в Институте ядерных исследований создают новый коллайдер. Назвали проект просто и красиво – НИКА. Это аббревиатура от Nuclotron-based Ion Collider facility. В то же время богиня победы. На установке НИКА ученые попытаются смоделировать процесс первых мгновений возникновения Вселенной несколько миллиардов лет назад. По сути, рождение нашего мира.

«Младший брат» Большого адронного коллайдера появится в подмосковной Дубне. В Объединённом Институте ядерных исследований началось строительство отечественного ускорителя ядерных частиц.

Объединенный институт ядерных исследований. Основан в 1956 году на базе Института ядерных проблем Академии наук Советского Союза. Находится в городе Дубна. Здесь, впервые в мире создан синхрофазотрон, протонный ускоритель, на котором ученые достигли рекордной по тем временам энергии. За большой вклад Института в современную физику 105-му элементу периодической системы Менделеева присвоено название «Дубний», а 114-му – «Флеровий», в честь академика Георгия Флёрова. Сегодня в составе Института 7 лабораторий. Основные направления исследований - ядерная физика, физика элементарных частиц и конденсированного состояния вещества.

НИКА – не менее амбициозная, но менее дорогая установка, чем «церновская». Периметр кольца 500 метров. Как и швейцарский прибор, создаваться НИКА будет в международной кооперации.

В Дубне не стали рыть тоннели и копать шахты - проект разработан на базе уже существующего нуклотрона. По сути - это каскад из трёх ускорителей.

Один из них уже действует - сверхпроводящий ионный синхротрон-нуклотрон. Второй этап - бустер, обеспечит частицам необходимую интенсивность. Раньше здесь располагались магниты синхрофазотрона. Плюс два кольца коллайдера, в котором и будут сталкиваться протоны.

Русский коллайдер станет лучшей установкой для проведения экспериментов по физике тяжелых ионов. Учёные надеются, что после запуска проекта НИКА центр таких исследований пропишется в Подмосковье.

«Есть еще область физики высоких энергий. Она не менее интересная, она очень популярная сегодня среди физиков, в этой области ожидаются очень яркие интересные открытия, а именно фазовые переходы ядерной материи. Для того, чтобы их изучать, необходимо создать максимальную плотность барионной материи, ту, которая существует в нейтронных звездах. Для изучения именно этих процессов в максимальной барионной плотности не нужна максимальная энергия, как на БАКе или на Брукхейвенской машине. Теоретики рассчитали, что она очень близка к той, которая сегодня достижима на нашем нуклотроне»,

Рассказывает директор лаборатории высоких энергий ОИЯИ Владимир Кекелидзе.

Главное отличие российского коллайдера от швейцарского в том, что в ЦЕРНе основные силы брошены на поиски неуловимого бозона Хиггса - частицы, которая даёт массу всем остальным частицам.

Россия же на своей установке будет изучать другую область возникновения Вселенной несколько миллиардов лет назад: формирование из кварков и глюонов частиц барионной материи. То есть, нашего мира.

«Теоретики сформулировали те условия, при которых было возможно формирование Вселенной по тому пути, по которому оно пошло. А условия очень простые - определенная температура (или энергия) частиц и плотность ядерного вещества. Когда теоретиками были сформулированы эти условия, стало понятно, какой эксперимент можно поставить в лабораторных условиях у нас на Земле, чтобы попробовать смоделировать те условия, которые были на ранних этапах формирования Вселенной»,

Рассказывает заместитель главного инженера ОИЯИ, член-корреспондент РАН Григорий Трубников.
Именно НИКА позволит учёным приблизиться к условиям возникновения «Большого взрыва», от которого, по мнению физиков, и появилась наша Вселенная.

«Для этого нужно четко определенная энергия, нужно разогнать тяжелые ядра. Мы выбрали золото по золоту, потому что это легче технологически сделать. На базе нуклотрона и создается коллайдер. Первый разгонный блок будет нуклотрон, линак, потом пучки будут выведены, и будет организована встреча двух пучков в двух местах. В одном мы будем изучать тяжелую ионную программу, пытаться достичь той максимальной плотности барионной материи, и смотреть, что из этого получится. А в другой будем изучать спиновую физику. Тоже не менее интересный проект»,

Объясняет Владимир Кекелидзе.

С помощью НИКИ учёные надеются раскрыть структуру Вселенной и тайны её фундаментальных сил: тёмной материи, тёмной энергии, чёрных дыр, «кротовых нор» и экстра-измерений.

«Когда вы знаете, как образовывалось вещество, как образовывалась материя, как она формировалась, вы можете прогнозировать, что будет с этой материей, как она будет дальше развиваться, как она будет распадаться и гибнуть. Вообще, это фундаментальные вопросы, которые дадут отгадки к пониманию эволюции нашей Вселенной»,

Рассказывает Григорий Трубников.

Сегодня научная программа НИКА наполняется новыми идеями. Параметры установки, а это высокая энергия, колоссальная плотность вещества и разнообразие сортов исследуемых частиц, открывают возможности для решения целого ряда прикладных задач.

Это углеродная терапия, тестирование электроники для космических программ, трансмутация радиоактивных отходов, новые подходы к получению энергии.

Но главное, что коллайдер станет работать у нас в стране, а не за рубежом. И молодые российские учёные получат хорошую и интересную работу у себя дома.

Запуск первого этапа проекта НИКА планируется через два года. А уже к 2017-му ядерщики из Дубны ждут начала работы всего комплекса.