Многие слышали про Большой адронный коллайдер, который находится в Европе. Но мало кто знает, что в подмосковной Дубне тоже строят коллайдер под названием NICA. Что он собой представляет и почему важен для науки?
Такой вопрос нам задал подписчик, а за ответом мы обратились к ведущему научному сотруднику Лаборатории физики высоких энергий Объединённого института ядерных исследований Сергею Мерцу.
Сергей Мерц — ведущий научный сотрудник Лаборатории физики высоких энергий Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) и руководитель группы, которая занимается восстановлением информации о столкновении частиц по данным из детекторов одной из установок на коллайдерном комплексе NICA.
NICA — сверхпроводящий коллайдер протонов и тяжёлых ионов. Его начали строить в 2015 году в подмосковном городе Дубне на базе Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ. На сегодняшний день проект завершён на 98%: построены все корпуса и большая часть инфраструктуры, а сборка самого коллайдера находится в завершающей стадии. В этом году ожидается его технологический запуск, а начало экспериментов запланировано на 2024 год.
Зачем нужен коллайдер и что исследуют с его помощью? Объясняем на пальцах
Простыми словами коллайдер — это огромный микроскоп, который позволяет заглянуть внутрь элементарных частиц и понять, из чего они состоят. Сначала учёные считали атом неделимым, но потом смогли экспериментально увидеть, что у каждого атома есть ядро и вращающиеся вокруг него электроны. Далее, углубляясь в структуру материи, мы узнали, что ядро атома составляют протоны и нейтроны. Ещё позже выяснилось, что и они состоят из частиц — кварков. Возник логичный вопрос — какова структура кварков и какие они имеют свойства? Но изучить эти вопросы непросто — кварки «сидят» в нейтронах и протонах, словно в заключении. В физике даже есть такое понятие, как «конфаймент» (от английского confinement — пленение). Но так было не всегда. В первые мгновения после Большого взрыва кварки находились в свободном состоянии.
Что происходило сразу после Большого взрыва?
После Большого взрыва кварки стали объединяться друг с другом, создавая протоны и нейтроны, а те начали формироваться в более сложные химические элементы. Так образовались первые пылевые звёздные скопления, галактики и другие объекты Вселенной. Одна из задач физики на сегодня — понять, почему сейчас кварки не могут высвободиться. Состояние, когда кварки не связаны друг с другом, называется кварк-глюонной плазмой. Добиться этого состояния можно, если с помощью огромной энергии разогнать частицы до околосветовых скоростей и столкнуть друг с другом. Для этой цели и был построен Большой адронный коллайдер — гигантский микроскоп, который сталкивает частицы на огромных скоростях, создавая кварк-глюонную плазму, которую можно изучать.
Чем NICA отличается от Большого адронного коллайдера
Приведём пример с электрическим чайником: когда мы ставим воду кипятиться, то видим, что сначала она прозрачная, потом становится мутной, образуются пузырьки, бурление, затем пар. Это называется фазовым переходом из состояния жидкости в состояние газа. А теперь представим, что чайник способен сразу нагреться до миллиона градусов. В таком случае вода мгновенно стала бы паром. Большой адронный коллайдер (БАК) действует по второму сценарию, когда с помощью огромной энергии сталкиваются частицы и образуется кварк-глюонная плазма. Но на БАК нельзя увидеть, как происходит переход кварков из связанного состояния в нуклонах в свободное состояние. В отличие от БАК коллайдер NICA будет работать на более низких энергиях и позволит исследовать фазовый переход из окружающей нас материи в кварк-глюонную плазму и обратно.
Таким образом, понятно, что у БАК и NICA разные цели исследования физики элементарных частиц. Поэтому говорить о том, что NICA может импортозаместить БАК, не совсем корректно. Однако сравнить их можно.
Что это даст современной науке?
Коллайдер NICA поможет лучше понять, как образовалась Вселенная, по каким законам она функционирует, как развивалась раньше и как будет развиваться в дальнейшем. А понимание того, как устроена природа, может помочь исследователям найти новые альтернативные источники энергии. На коллайдере NICA будут проводиться и прикладные исследования. Например, изучаться устойчивость разных материалов к пребыванию в открытом космосе, где приборы подвергаются постоянной бомбардировке элементарными частицами. Также на коллайдере будут исследовать влияние космического излучения на биологические ткани, чтобы лучше понимать, как пребывание в космосе отражается на здоровье космонавтов.
Подписывайтесь на наш телеграм-канал — там больше интересного.
