Made in Russia: российский коллайдер НИКА

Научные задачи НИКА

С помощью НИКА ученые будут изучать особое состояние материи, в котором пребывала наша Вселенная вскоре после Большого взрыва — кварк-глюонную плазму.

Важнейшие фундаментальные проблемы в этой области

поиск и изучение новых, не наблюдавшихся ранее форм барионной материи;
понимание причин связанности кварков в нуклонах;
поиск причин нарушения симметрии, объясняющих механизм формирования мира, состоящего только из вещества, при полном отсутствии антивещества в нашей части Вселенной.

Отметим, что коллайдер НИКА – младший брат Большого адронного коллайдера. Однако меньшие размеры не умаляют достоинств отечественной техники. Да и стоимость его сборки тоже на высоте. Для коллайдера со «скромной» длиной окружности в 500 метров пригласят не только ведущих отечественных инженеров, но и воспользуются зарубежным опытом.

Российские ученые пришли к выводу, что рыть для коллайдера новые тоннели нецелесообразно и дорого, и решили построить его на основе уже имеющегося нуклотрона, представляющего собой каскад из нескольких замкнутых колец, первое из которых - уже работающее, обладающее огромной сверхпроводящей ионы способностью (синхротрон-нуклотрон). На месте магнитных синхрофазотронов будет построен так называемый бустер. Он обеспечит частицы нужной интенсивностью. Ученые планируют построить и два новых кольца, в которых и будут сталкивать протоны.

Он будет сочетать в себе сравнительную экономичность, эффективность использования и высокую доступность для проведения экспериментов, которые связаны с физикой тяжелых ионов.

Владимир Кекелидзе, директор лаборатории высокой энергии ОИЯИ, рассказывает: «В нашем распоряжении появится оборудование, позволяющее углубиться в изучение нового направления физики – высоких энергий. Сейчас во всем мире это веяние набирает все больше поклонников. В скором времени ожидаются великие открытия. Так и НИКА поможет изучать переходы ядерной материи. В этом случае не нужно колоссальное количество энергии, как в БАКе или, к примеру, в Брукхейвенской машине. Наш коллайдер способен развить именно ту мощность, которая необходима для создания и изучения максимальной барионной плотности ядерной материи».

Основное отличие коллайдера НИКА от швейцарского ЦЕРНа в искомых частицах: зарубежные ученые заняты поиском неуловимого бозона Хиггса (он определяет массу остальных частиц), а российским ученым предстоит изучение барионной материи, сформировавшейся миллиарды лет назад из кварков и глюонов, из которой сейчас и состоит весь наш мир.

«Уже сейчас в нашем распоряжении есть теоретическое обоснование условий, при которых сформировалась Вселенная. Они достаточно просты: необходимое количество энергии и плотное ядерное вещество. После проведения теоретического обоснования стало понятно, какой именно характер будут носить будущие эксперименты», - отмечает член-корреспондент Российской академии наук, первый заместитель главного инженера Института Григорий Трубников.

НИКА позволит ученым приоткрыть завесу тайны возникновения «Большого взрыва». Как считают физики, именно в результате него образовалась Вселенная. В процессе экспериментов ученые будут разгонять частицы золота (оно обладает достаточными свойствами и его проще использовать технологически), которые будут разогнаны до нужной скорости и наберут необходимую массу. Планируется встреча пары пучков частиц в двух местах. В одном из них ученые станут наблюдать за получением максимальной плотности барионов, а во втором проведут исследования по спиновой физике.

Григорий Трубников отмечает: «Такие вопросы, на которые поможет найти ответ НИКА, являются в нашем случае фундаментальными. Образование вещества, его развитие, гибель – все это позволит приблизиться к разгадке «головоломки» эволюции Вселенной».

Характеристики НИКА

НИКА представляет собой кольцевой ускоритель (циклотрон), способный разгонять и сталкивать пучки протонов и тяжелых ионов вплоть до очень массивных ионов золота. Планируемая кинетическая энергия ионов достигнет 4,5 ГэВ/нуклон, протонов — 12,6 ГэВ. Источником пучков для коллайдера станет модернизированный ускоритель «Нуклотрон» (построен в 1993 году). В двух точках столкновения встречных пучков разместят экспериментальные установки MPD и SPD.

Состав ускорительного комплекса NICA

Инжектор тяжелых ионов (Heavy Ion Linear accelerator — HILac), размещаемый во вновь сооружаемой пристройке к зданию инжектора.
Инжектор легких ионов и поляризованных пучков и канал транспортировки частиц в «Нуклотрон».
Бустерный синхротрон (Бустер) — быстроциклирующий СП протонный синхротрон с максимальной магнитной жесткостью 25 Тлм.
Канал транспортировки пучка из Бустера в «Нуклотрон».
Канал транспортировки пучка из Бустера в экспериментальный зал 1Б.
«Нуклотрон» сверхпроводящий (СП) протонный синхротрон с максимальной магнитной жесткостью 45 Тлм.
Каналы транспортировки пучка из «Нуклотрон» в кольца коллайдера, размещаемые в малом измерительном павильоне Ф3.
Коллайдер — два СП накопительных кольца с максимальной магнитной жесткостью 45 Тлм.

Детекторы

Детектор MPD (Multi-Purpose Detector) предназначен для проведения экспериментов в области релятивистской ядерной физики при столкновениях пучков ядер тяжелых элементов (золота), ядер тяжелых элементов с протонами и протон-протонных столкновениях.
Детектор SPD (Spin Physics Detector) предназначен для проведения экспериментов по физике спина при столкновениях пучков ядер легких элементов.

Бразилии и Китаю интересен российский коллайдер НИКА. 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