После того, как нас «отстранили» от работ на Большом адронном коллайдере (БАК), мы с усиленным рвением стали заниматься своим. Так есть ли в России адронный коллайдер, где он находится и для чего он нужен? Давайте разбираться вместе.
О том, почему коллайдеры называются «адронными» и что случилось с Большим адронным коллайдером после начала СВО, мы с вами уже подробно разбирали – ссылку оставлю в конце статьи.
А теперь наберитесь терпения. Статья большая, но очень интересная. Постараюсь объяснить всё предельно простыми словами, чтобы не только техники, но и лирики смогли понять суть адронного коллайдера и зачем он вообще нужен России и миру. Итак…
Как вообще додумались строить адронные коллайдеры
Во второй половине 50-х годов стали задумываться о том, откуда и из чего возникла вся материя. Стремительно возникло два крупных мировых центра, посвященных этому – это ЦЕРН в Швейцарии и ОИЯИ в СССР.
ОИЯИ (Объединенный Институт Ядерных Исследований), основанный в 1956 году в городе Дубна Московской области, объединил 12 стран, преимущественно из социалистического блока. На сегодняшний день там работают уже представители из 19 стран. Институт является единственной в России международной научной организацией, зарегистрированной в ООН.
В 1957 году в Дубне был запущен синхрофазотрон — в то время самый мощный в мире ускоритель заряженных частиц, способный разгонять протоны до беспрецедентной на то время энергии 10 ГэВ.
Синхрофазотрон был остановлен в 2002 году, а его массивная конструкция, известная как «магнитовод», была использована при строительстве одной из ступеней адронного коллайдера NICA.
Где находится русский коллайдер NICA
Адронный коллайдер NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) – это крупнейший в мире ускоритель тяжелых ионов, находится в Дубне, на территории Института ядерных исследований ОИЯИ в России.
Он предназначен для изучения свойств материи в экстремальных условиях, таких как температура и давление, которые существовали в первые мгновения после Большого взрыва.
По сравнению с Большим адронным коллайдером (БАК), коллайдер NICA является менее мощным в плане энергетических показателей. В экспериментах на БАК тяжелые ионы разгоняются до колоссальной энергии 2,76 ТэВ, а наш NICA планирует ускорять ядра до 4,5 ГэВ, а протоны – до 12,6 ГэВ.
Другими словами, хоть наш коллайдер по размеру уступает западному БАКу, но он способен делать даже больше. Например, поддерживать чрезвычайно высокую плотность плазмы – около 20 миллиардов тонн на кубический сантиметр. Эта плотность сопоставима с плотностью вещества в ядрах нейтронных звезд.
Именно благодаря этому свойству NICA может лучше, чем БАК, воспроизводить в лабораторных условиях первобытное состояние материи, которое существовало во Вселенной сразу после Большого взрыва.
Зачем нужны адронные коллайдеры – простыми словами
Мы предполагаем, что наша Вселенная возникла около 14 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва. В течение 1-ой микросекунды этого колоссального события родились элементарные частицы, названные «кварками». По мере ослабления среды они объединялись в «адроны», такие как «протоны» и «нейтроны», которые затем образовали «атомные ядра».
Внутри адронов кварки связываются особыми частицами, называемыми глюонами (от английского glue – клей), которые являются носителями сильного взаимодействия.
Физики предполагают, что до образования адронов среда была настолько плотной, что кварки и глюоны не могли сформировать каких-либо структур, и материя существовала в состоянии кварк-глюонной плазмы.
Именно исследование кварк-глюонной плазмы является одной из основных задач всех ядерных институтов мира и нашего советского, а теперь российского ОИЯИ.
Зачем нужны эти эксперименты
Эксперименты, проводимые на NICA в России, позволят ученым заглянуть в первые моменты существования Вселенной и изучить свойства кварк-глюонной плазмы.
Помимо исследований кварк-глюонной плазмы, институт ядерных исследований также фокусируется на других фундаментальных областях физики, таких как:
- Нейтринная физика – это изучение «нейтрино», загадочных элементарных частиц, которые пронизывают Вселенную, в попытке понять их массу, свойства и роль в космической эволюции.
- Частичная физика – это поиск новых элементарных частиц и проверка предсказаний Стандартной модели, которая является основополагающей теорией современных физических взаимодействий.
- Теоретическая физика – это разработка и проверка теоретических моделей, которые стремятся объяснить фундаментальные законы природы, включая гравитацию, квантовую механику и происхождение Вселенной.
Да, эксперимент на Большом адронном коллайдере ЦЕРНа позволил физикам получить бесценные данные об этой экзотической фазе материи, а также подтвердить существование бозона Хиггса – это знают все и этот вклад для науки бесценен. Однако БАК остановлен, а вопросов осталось ещё очень много.
Вот для этого ОИЯИ строил комплекс NICA, состоящий из нескольких ускорителей, которые будут разгонять тяжелые ионы (атомные ядра) до энергий, близких к энергии столкновений в момент Большого взрыва.
Из чего состоит адронный коллайдер в России
Комплекс NICA представляет собой сложную систему, состоящую из следующих компонентов:
- Источники частиц. Это 2 линейных ускорителя, которые служат источниками тяжелых и легких ионов.
- Ускорители. Бустер (Booster) и Нуклотрон (Nuclotron) – это циклические ускорители, которые постепенно разгоняют ионы почти до скорости света.
- Сам коллайдер. Место, где 2 пучка ионов сталкиваются друг с другом, создавая условия для исследования физических процессов на микроуровне.
- Детекторы. Две установки MPD и SPD – они регистрируют и анализируют события столкновений, предоставляя ценные данные для исследователей. А также детектор экстракционных лучей BM@N.
- Системы охлаждения – они необходимы для поддержания стабильной температуры и давления в ускорителях и детекторах.
Что ещё может российский коллайдер
Помимо фундаментальных исследований, на адронном коллайдере NICA также реализуются различные прикладные эксперименты:
- Тестирование микросхем для космических аппаратов. Ионы, присутствующие в космических лучах, могут негативно влиять на электронику космических аппаратов. NICA используется для испытаний микросхем и оценки их устойчивости к воздействию ионов.
- Изучение радиационного воздействия на живые организмы. Исследования на российском NICA позволяют оценить влияние радиации на человека и биологические объекты, что имеет важное значение для защиты космонавтов и проектирования безопасных систем космических полетов.
- Исследования в других областях. В то время, когда частицы не будут сталкивать, коллайдер планируется использовать для проведения исследований в областях ядерной энергетики, биологии и материаловедения.
Комплексное понимание свойств и поведения материи имеет решающее значение для углубления наших знаний о Вселенной, разработки новых технологий и улучшения здоровья и благополучия человечества.
Развитие адронного коллайдера в России на сегодня
С момента своего основания в Дубне Московской области ОИЯИ уже внес значительный вклад в научное понимание Вселенной и продолжает оставаться одним из ведущих мировых центров в области фундаментальных исследований.
Наш российский институт ядерных исследований гордится значительным вкладом в ядерную физику, а также открытием 10 новых элементов таблицы Менделеева.
Эксперименты на NICA сосредоточены на понимании фундаментальных процессов, происходящих в недрах вещества, и проверке предсказаний теоретических моделей о поведении материи в условиях экстремальных температур и плотностей.
Из БАК уволили 500 российских ученых
Последняя новость от 19 марта 2024 года: Представитель ЦЕРН, управляющий Большим адронным коллайдером, объявил о прекращении сотрудничества с 500 российскими специалистами (об этом сотрудничестве я писала в статье про БАК, ссылка внизу этой статьи). Это решение вызвало негативную реакцию среди ученых.
Ирония заключается в том, что без участия России Большой адронный коллайдер, возможно, не появился бы вообще. Важно помнить, что открытие бозона Хиггса (частичка Бога) напрямую связано с нашим вкладом.
Также это является сигналом для России о необходимости развития своих собственных исследовательских центров и серьезных научных проектов, таких как этот российский адронный коллайдер.
Вместо заключения
Если сказать совсем простыми словами, то мы должны понять, правильно ли мы понимаем физику материи и вообще всего того, что связано с её созданием и развитием. Именно для этого был создан Большой адронный коллайдер на Западе и адронный коллайдер NICA в России (при поддержке 19 стран мира несмотря на санкции).
А в феврале 2023-го уже состоялся первый тур в Дубну. Школьники 8-11 классов из Москвы в сопровождении учителей приехали в «наукоград», чтобы познакомиться с институтом ядерных исследований ОИЯИ и коллайдером NICA, с их научными установками и исследованиями, чтобы узнать больше про ядерную физику. Такие экскурсии планируют проводить регулярно.
Надеюсь, мне удалось простыми словами объяснить, что представляет собой адронный коллайдер в России, где он находится и для чего он нужен.
Благодарю, что дочитали до конца. Лайк – лучшее спасибо мне! Пишите комментарии – это возможность поспорить и найти истину.
