НИКА: чехи на границе мироздания

КРИОН-6Т, фото: YouTube канал NICA Project

Новый комплекс для столкновения тяжелых ионов, призванный помочь воссоздать в лабораторных условиях состояние вещества, в котором пребывала Вселенная в первые мгновения после Большого взрыва, строится в Объединенном институте ядерных исследований в подмосковной Дубне. О чешском вкладе в реализацию научного мегапроекта – в материале «Радио Прага».

NICA, источник: Никита Сидоров, CC BY-SA 4.0
Последние несколько десятилетий в физике элементарных частиц проходят под знаком всевозрастающего международного сотрудничества. Благодаря взаимодействию ведущих научных мировых центров удалось успешно реализовать один из самых амбициозных проектов – строительство Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе (Европейский совет ядерных исследований).

Ученые со всего мира успешно сотрудничают и при сооружении его «младшего брата». Речь идет об ускорителе НИКА (аббревиатура английских слов – Nuclotron-based Ion Collider fAcility), реализуемого на основе действующего в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) сверхпроводящего ускорителя Нуклотрон.

Здание Объединенного института ядерных исследований, фото: Hrustov, CC BY-SA 3.0
ОИЯИ относится к ведущим учреждениям, которые занимаются субядерной физикой. Он был создан в 1956 году как международный исследовательский центр, объединяющий ученых стран одиннадцати стран-членов бывшего Восточного блока.

Чехословакия была одним из основателей центра, в рамках устава Чехия и Словакия имеют своего рода исключительное положение – первым заместителем директора института был профессор Вацлав Вотруба, позже эту должность занимал основатель чешской ядерной физики профессор Честмир Шимане, который до 1989 года входил в научный совет ОИЯИ. В настоящее время в институте работает представительная чешская делегация.

Устройство НИКА

Комплекс будет основан на существующем ускорителе частиц Нуклотрон, сверхпроводниковом синхротроне, введенном в эксплуатацию в 1993 году и способном ускорять ионы вплоть до золота до кинетической энергии 4,5 ГэВ/нуклон. Это единственный ускоритель данного типа в Евразии, в Дубне он служит для исследований в области физики частиц.

КРИОН-6Т, фото: YouTube канал NICA Project
НИКА представляет собой каскад четырех ускорителей и включает в себя ряд новых экспериментальных объектов от источников ионов до коллайдера. В инъекционный комплекс войдет и источник тяжелых ионов КРИОН-6Т, который разрабатывается в Дубне на базе электронной струны в магнитном поле 6 тесла, источник поляризованных ионов и линеарные ускорители.

Также создается круговой инжектор тяжелых ионов Booster, периметр которого составляет 211 метров, он ускоряет ядра до энергии 0,6 ГэВ/нуклон. В экспериментальном цехе с точными целями, на которые падает ускоренный пучок из нуклотрона, строится и тестируется новый детектор Baryonic Matter at Nuclotron. Его целью является исследование возбужденной барионной материи в области низких энергий, которую не будет покрывать коллайдер комплекса НИКА.

Дмитрий Дряблов, фото: Архив Дмитрия Дряблова
Последний объект – коллайдер, периметр кольца которого достигает 503 метра, а кинетическая энергия его пучков – 1-4,5 ГэВ/нуклон. Оборудование будет оснащено двумя крупными детекторами MPD (Multi Purpose Detector) и SPD (Spin Physics Detector).

Дмитрий Дряблов, научный сотрудник Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ, поясняет как будет выглядеть работа НИКА: «Двигаясь от источника ионов, частицы будут ускоряться новым линейным ускорителем, после чего они будут влетать во вновь построенный ускоритель, который будет находиться внутри синхрофазотрона. Оттуда 30 сгустков из 10 миллиардов ядер в каждом будут «спускаться» на работающий сверхпроводящий ускоритель нуклотрон, и потом уже будут заполняться два кольца коллайдера».

Познавая устройство звезд

По словам Дряблова, ускоритель будет предназначен к покрытию большого объема энергий с максимально достижимой барионной плотностью, сравнимой с плотностью внутри нейтронных звезд, когда возможно при столкновении тяжелых ионов следить за возникновением кварк глюонной плазмы с проявлением критических явлений. Нынешнее экспериментальное оборудование при этих испытаниях достигает в 100-1000 раз меньшей светимости, чем ожидается от комплекса НИКА.

Рихард Ледницкий, фото: Архив Объединенного института ядерных исследований
Существование пучков протонов и дейтеронов с продольной и поперечной поляризацией также позволит реализацию критических экспериментов в области спин-физики, направленных и на разрешение проблем кризиса спин – объяснение, какая часть спина протона приходится на кварки и глюоны, а какая на их орбитальный угловой момент. О том, что еще ожидают ученые от ускорителя НИКА в интервью «Новой Газете» рассказал Рихард Ледницкий, вице-директор ОИЯИ, член Академии наук Чешской Республики.

«Когда говорят о фундаментальных исследованиях, особенно об их прикладном значении, я вспоминаю Фарадея. Он изучал электромагнитные явления, не зная, что когда-нибудь появится такое устройство, как мобильный телефон, физика была его хобби. Но всякое открытие науки рано или поздно будет применяться в жизни. Фундаментальные исследования – это скачки в технологиях. Когда вы изучаете процессы, которые редки, и надо работать с большим числом данных – вас ждет прогресс в компьютерных технологиях, в электронике, будет развиваться и совершенствоваться ускорительная техника. А это прорыв в медицине, биологии», - отметил Ледницкий, по мнению которого эксплуатация НИКА приведет к большим переменам в таких областях, как радиобиологические исследования, радиотерапия, трансмутация ядерных отходов, нанотехнологии и др.

Чешский след

Детектор MPD, источник: Архив Объединенного института ядерных исследований
Свой вклад в создание уникального научного объекта вносит и ЧР. Помимо чешских ученых, которые трудятся в подмосковном ОИЯИ, участие в строительстве НИКА принимают чешские компании. В частности, строительная группа PSJ в 2013 году победила в тендере на субпоставку строительной части проекта, некоторые вакуумные объекты собрала Vakuum Praha, часть конструкции сверхпроводниковых магнитов для детектора MPD передала заказчику компания Vítkovice Steel.

В проекте на различных стадиях участвовали и такие чешские фирмы, как NUVIA, ATEKO, KOPOS Kolín, Transa Chrudim, TENEZ Chotěboř, Vítkovice Machinery Group. Последняя получила в 2017 году заказ на изготовление комплектующих ускорителя – элементе магнита весом более 690 тонн и стоимостью 50 млн крон (около 2,4 млн евро).

О значении участия чешских компаний в проекте НИКА рассказал доцент Института физики Академии наук ЧР Петр Завада, научный секретарь чешского Комитета по сотрудничеству с ЦЕРН. «Сам факт получения подобных заказов – хорошая новость для Чешской Республики. Отрадно, что наши промышленные компании участвуют в реализации крупных международных проектов. Уверен, что их участие не только придаст толчок развитию технологий в нашей стране, но и станет прекрасной рекламой для чешских компаний во всем мире», - подчеркнул Завада.

Иван Штекл, фото: Архив Чешского технического университета
Согласен с ним директор Института экспериментальной и прикладной физики Пражского политехнического университета, заместитель Полномочного представителя Чешской Республики в Объединенном институте ядерных исследований профессор Иван Штекл.

«Чешская Республика в проекте НИКА фигурирует в качестве поставщика развитых технологий. В ЦЕРНе, напротив, гигантская конкуренция и там мы не более, чем субпоставщики», - отметил ученый.

Другой физик Павел Хедвабны напомнил, что чешско-российское сотрудничество в области высоких технологий продолжается уже 25 лет.

«В частности, чешская сторона участвовала в строительстве Нуклотрона, первой очереди ускорителя НИКА. Наши компании заинтересованы в дальнейшем участии в проекте, в связи с чем я помогаю им наладить контакты с российскими партнерами», - указал Хедвабны.

А в конце февраля при непосредственном участии вице-директора ОИЯИ Рихарда Ледницкого на ионном ускорительном комплексе НИКА состоялся первый эксперимент. «Он начался на выведенных пучках из ныне действующего сверхпроводящего ускорителя нуклотрона. Кроме изучения плотной барионной материи, параллельно решается интересная и не исследованная до сих пор задача: взаимодействие двух составляющих любого ядра, двух нуклонов, когда их силы меняют свой статус от притягательных до отталкивающих», - раскрыл его подробности директор Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ Владимир Кекелидзе.