NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility) — это новый ускорительный комплекс, который создаётся на базе Объединённого института ядерных исследований (Дубна, Россия) с целью изучения свойств плотной барионной материи. Это позволит воссоздать в лабораторных условиях состояние вещества, в котором пребывала Вселенная первые мгновения после Большого взрыва. Комплекс NICA — один из шести проектов масштаба мегасайнс, реализуемых на территории России.
«Развитие коллайдера NICA сейчас находится в самой активной стадии — инжекционный комплекс (производитель частиц — Прим. ред.), включающий в себя источники тяжелых ионов, источники легких ядер, источники поляризованных частиц — готов к работе, — сообщил Директор Лаборатории физики высоких энергий Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) Владимир Дмитриевич Кекелидзе. — Следующим этапом будет запуск первого в числе каскадов ускорителей сверхпроводящего синхротрон-бустера, и по нему мы планируем начать пусконаладочные работы в конце этого года. В создании всего ускорительного комплекса огромная роль принадлежит нашим коллегам и друзьям из Института ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН в Новосибирске. Потому что главный ускоряющий элемент этого комплекса — высокочастотные станции, как для бустера, так и для коллайдера и целый ансамбль таких станций разрабатывается и изготавливается в Новосибирске. То же самое касается систем электронного охлаждения — крупнейшие мировые специалисты в этой области работают в ИЯФ СО РАН».
Системы электронного охлаждения позволяют создавать более плотные пучки частиц, чтобы их столкновения происходили чаще, и ИЯФ СО РАН делает такие установки, в том числе под заказ, для других научных организаций.
«Специалисты ОИЯИ в Дубне решили привлечь нас для увеличения светимости (частоты встреч частиц — Прим. ред.) создаваемого коллайдера, — добавил заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН, академик РАН Василий Васильевич Пархомчук. — Одну из установок систем электронного охлаждения мы уже отправили, она готова к запуску, мы с ней немного поработали в Дубне и готовим ее уже для реальной работы в кольце. Надо отметить, что специалистам нашего института удалось создать столь совершенные охладители пучка, что две таких установки у нас заказали немецкие и китайские ученые, а для Большого адронного коллайдера в Женеве мы сделали охладители свинцовых ядер».
Ключевой элемент коллайдера NICA — высокочастотная система, задача которой состоит в накоплении нужного количества частиц и формировании сгустков с параметрами, необходимыми для проведения эксперимента. Сотрудники ИЯФ СО РАН отвечают за разработку, изготовление и окончательную пусконаладку высокочастотных станций (ВЧ) в составе всего коллайдера.
«В коллайдере будет установлено 26 высокочастотных станций трех типов. Первый — это барьерная станция, которая служит для того, чтобы захватывать инжектируемые из нуклотрона (предшествующего коллайдеру ускорителя) частицы и потом порция за порцией добавлять к уже накопленным, доводя их число до требуемого в эксперименте. Остальные два типа — так называемые гармонические высокочастотные системы — нужны для формирования двух циклов сгустка с нужными параметрами, — прокомментировал заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН Алексей Георгиевич Трибендис. — Сейчас специалисты ИЯФ уже изготовили и экспериментально исследовали прототипы ключевых элементов высокочастотных станций, а к концу 2018 года в планах полностью закончить и испытать в нашем институте, а затем отправить коллегам в Дубну две барьерных станции и по одному прототипу гармонических станций — так называемых ВЧ-2 и ВЧ-3. Остальные требуемые станции ВЧ-2 и ВЧ-3 планируется отправить в Дубну до конца 2020 г. и в первой половине 2021 г. После изготовления все станции проходят предварительные испытания в Новосибирске, мы получаем на них рабочие параметры, а дальше наша команда уже в Дубне произведет установку станций в кольцо коллайдера и запуск на месте.
Еще одна зона ответственности новосибирских физиков — канал транспортировки частиц ионов из одного ускорителя в другой и математическое моделирование движения частиц.
«Коллайдер — это большой комплекс, состоящий из нескольких крупных установок, в котором частицы ускоряются последовательно, — отметил заместитель директора ИЯФ СО РАН, заведующий лабораторией доктор физико-математических наук Евгений Борисович Левичев. — Соответственно, их надо переводить из одной установки в другую. Мы отвечаем за канал транспортировки и, надо сказать, наши коллеги из Объединенного института ядерных исследований сделали всё, чтобы нам не скучно было заниматься этим объектом. Он трехмерный, а это значит, мы должны не только горизонтально перевести частицы, но переместить их с этажа на этаж, сквозь бетон, который не берет никакой отбойный молоток, или сквозь пустоту, где не на что вешать магниты. Тем не менее, сейчас канал уже спроектирован, и началось изготовление его элементов. Вторая часть работы, которой занимается наша лаборатория, — математическое моделирование движения частиц. Коллайдер NICA уникален, машин с такими параметрами еще не было и до конца не ясно, как будут вести себя частицы. Пользуясь мощными компьютерами, мы с коллегами из Дубны, моделируем движение частиц, чтобы максимально оптимизировать работу коллайдера».
11—13 апреля в Дубне состоится встреча представителей научного сообщества, на которой планируется обсудить юридические аспекты формирования международной коллаборации коллайдера NICA. А первый эксперимент в рамках научной программы коллайдера начался несколько дней назад.
«Это эксперимент на выведенных пучках из ныне действующего сверхпроводящего ускорителя «Нуклотрон», на базе которого строится коллайдер. В эксперименте участвует международная коллаборация ученых из США, Израиля, Германии, Франции и российских научных центров. Кроме задачи исследования плотной барионной материи в столкновениях тяжелых ионов (она пока только на зачаточной стадии, так как мы ускоряем еще не очень тяжелые ионы), решается проблема взаимодействия двух составляющих любого ядра — двух нуклонов, когда их силы меняют свой статус от притягательных до отталкивающих. Это классическая, до сих пор неисследованная задача. Ее пытались решить в США, в Брукхейвенской национальной лаборатории, но там не было соответствующей аппаратуры и пучков, и вся команда лаборатории, в расширенном составе, приехала к нам. Буквально сегодня на пучке они проводят эти исследования», — рассказал Владимир Кекелидзе.
Надежда Дмитриева
Фото: с сайта ОИЯИ (1), Екатерины Пустоляковой (2), Юлии Поздняковой (анонс), видео с сайта ОИЯИ
