С В Е Т

РУССКОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ

А Н А Л И Т И Я

Роман Фишман

ВРЕМЯ УСКОРЯТЬ И СТАЛКИВАТЬ: КАКИМ БУДЕТ НОВЫЙ РОССИЙСКИЙ КОЛЛАЙДЕР

В подмосковной Дубне продолжается строительство ускорительного комплекса NICA. «Популярная механика» выяснила, что собираются искать на нем ученые и когда ждать новых открытий.

На встречу мы сильно опоздали. Ночью ударил внезапный мороз, и паром, который должен был перевезти нас через Волгу, задержался часа на полтора, пока расчищали наросший у берега лед. Зато появилось время на то, чтобы обстоятельно объяснить всей нашей команде, для чего пришлось грузить в багажник фототехнику и с раннего утра отправляться на дальний край Подмосковья. Начать пришлось издалека — с самого рождения мира.

Три минуты космоса

Вселенная возникла около 13,8 млрд лет назад, и уже вскоре в ней зажглись первые светила. Самые ранние звезды, которые способны различить современные телескопы, появились всего лишь 200 млн лет спустя после Большого взрыва. Но древнейший свет, который мы можем видеть, еще старше и произведен не ими. Это фотоны микроволнового фона, которые сохранились с того момента, когда наш мир остыл до приемлемых температур, около 3000 К. Электроны наконец смогли удерживаться на орбитах вокруг ядер и образовали первые атомы.

До того времени космос наполняла раскаленная плазма, и любой излученный фотон моментально рассеивался в ее непроницаемом тумане. Только через 379 тыс. лет с образованием атомов пространство расчистилось и по нему начало распространяться излучение. Этот реликтовый фон регистрируют радиотелескопы, но все, происходившее ранее, остается за непроницаемой границей, дальше которой нет ни фотонов, ни, соответственно, телескопов, которые могли бы их увидеть.

Самые первые этапы развития мира, которые предшествовали образованию атомов (рекомбинации), мы изучаем в основном теоретически. Они были краткими, но бурными: уже через 10?43 с после Большого взрыва появились первые частицы, а через 10?35 с Вселенная начала расширяться в экспоненциальном режиме инфляции. Раздувавшийся мир был заполнен невероятно плотной и горячей смесью, состоящей по большей части из кварков (впоследствии они образуют нейтроны и протоны) и глюонов, которые нужны для соединения кварков друг с другом.

Вскоре такое объединение произошло; фазовый переход совершился резко, подобно росту кристаллов в химической грелке. С начала мироздания прошло всего три минуты, а кварк-глюонная плазма исчезла. Сегодня она, возможно, существует лишь в недрах самых плотных объектов, таких как нейтронные звезды. Но на ее месте появились протоны и нейтроны обычной адронной материи, а следом — первые атомы, звезды, галактики.

Все это теория, хотя многие ее положения удается подтвердить на практике. Следы инфляции сохранились в слабых аномалиях реликтового фона, а также в крупномасштабной структуре Вселенной; в огромных наземных коллайдерах получена кварк-глюонная плазма. Однако загадкой остается сам момент «выпадения» из нее адронов. Как и с химической грелкой, этот момент трудно уловить, и даже условия, при которых происходит фазовый переход, в точности неизвестны.

Существующие ускорители частиц для этого не подходят. Так, знаменитый Большой адронный коллайдер возводился для решения совершенно других задач — прежде всего поисков бозона Хиггса. Сталкивающаяся в нем материя оказывается чересчур горячей и недостаточно плотной для попадания в область фазового перехода. Чтобы поймать его, нужны новые инструменты, и работа над ними уже идет. Проходит модернизацию американский RHIC, в Германии возводится новый FAIR. Развернуто строительство и в подмосковной Дубне: Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) готовит к работе ускорительный комплекс NICA.

Пять минут частицы

У проходной ОИЯИ нас встретил научный сотрудник Лаборатории физики высоких энергий Дмитрий Дряблов. «В общем, ничего нового тут нет, все делается на уже известных принципах, — рассказал он, пока мы шли по обширной территории лаборатории к месту строительства. — Ускоритель, коллайдер, криогенная система — стандартные для таких установок элементы». Даже легендарный первый корпус, где еще в 1950-х был запущен синхрофазотрон ОИЯИ, станет частью комплекса NICA. Круглое здание уже обросло цистернами и компрессорами новой криогенной системы.

Внутри него большую часть занимает стальное «ярмо» магнита синхрофазотрона, свернутый кругом хребет весом в десятки тысяч тонн. Сегодня он сохранил не только историческую ценность: внутри кипит работа. Старые железные плиты служат основой для монтажа сверхпроводящих магнитов. Сбоку подведены выходы инжекционных систем — источников легких частиц (протонов и т. д.) и тяжелых ионов золота для будущего коллайдера. Подхваченные потоком электронов, они будут подгоняться в коротких линейных ускорителях и отправляться в бустер.

211-метровый бустер — первый из трех циклических ускорителей будущего комплекса. За пару секунд в нем сгусток золотых ионов увеличит энергию и дополнительно сожмется, после чего будет передан дальше, в кольцо Нуклотрона, выложенное этажом ниже. Нуклотрон, запущенныйв 1990-х, способен доводить энергию тяжелых ионов до 6 ГэВ на нуклон. Пока идет строительство, он продолжает работу, отправляя частицы в стационарные мишени для исследований новых материалов, радиобиологии и т.д. В NICA эта работа продолжится, но появится и третье, финальное кольцо коллайдера.

Пока что, поднявшись на крышу первого корпуса, мы увидели только обширную и холодную стройку. Однако возведение туннеля уже заканчивается, и вскоре в него лягут две параллельные трубы, по которым в противоположных направлениях помчатся сгустки, банчи частиц. Круг за кругом 500-метровые кольца смогут накапливать их и дополнительно уплотнять, сжимая в тонкие нити диаметром порядка миллиметра. Через 4?5 мин. после получения ионов подготовленные банчи направятся к лобовому столкновению в секциях, на которых установлены детекторы.

"Два кольца коллайдера расположатся в круговом тоннеле один над другим, сходясь в павильонах, где будут установлены детекторы MPD и SPD."

Источник: https://www.popmech.ru

26.01.2020