Путешествие во Вселенной
Новый коллайдер NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) в Дубне в скором времени начнет формировать состояние материи,
которое, возможно, существуеттолько в недрах звезд.

построенный в ЦЕРНе близ Женевы (Европейский центр ядерных исследований),
– самая крупная экспериментальная установка в мире. Благодаря ей был открыт бозон Хиггса, изучены свойства топ-кварков, адронов
и лептонов, что расширило границы знаний человека о природе.
Моделирование, показывающее появление бозона Хиггса при столкновении двух протонов
ЗНАМЕНИТЫЙ БОЛЬШОЙ АДРОННЫЙ КОЛЛАЙДЕР

Их возьмет на себя «сестра» Большого адронного коллайдера
сложнейший ускорительный комплекс, названный в честь древнегреческой богини победы Ники, сооружаемый на территории Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне. Ученые надеются,
что ускорительный комплекс NICA позволит экспериментально восстановить то,
что происходит при столкновении звезд и формировании нейтронной звезды.
Но есть задачи, которые даже такой технологичной машине не по плечу.
Инжектор
Бустер
Нуклотрон
BM@N
Коллайдер
MPD
SPD
С = 503 м
NICA
Вот Бог, а вот порог… познания
Всё началось около 14 миллиардов лет назад, когда родилась наша Вселенная. Ученые говорят,
что ее породил Большой взрыв. Сгусток материи ничтожно малых размеров и весом в десятки миллиардов галактик вдруг разлетелся, распространяя во все стороны материю и антиматерию: частицы
и переносчики полей…
Помедлим еще немного у порога мироздания.
Наука – сфера деятельности человека.
Она вырабатывает и систематизирует знания
об окружающем мире. Тогда как религия – форма сознания, обусловленная верой в существование сверхъестественного.
Но почему тогда многие ученые – глубоко верующие люди,
а верующие – не отрицают законы естествознания?
Потому что их объединяет стремление к познанию.
Ни один ученый не раскроет все тайны бытия.
В конце концов, он придет к тому, что за горизонтом – неизведанное. Стремление к познанию – божественное качество. Именно оно делает человека человеком. Еще это называется воображением.
Из чего сделано все, в том числе и мы? Из кварков. Считается, что кварки — мельчайшие кирпичики нашей материи. Причины до конца не ясны, но кварки объединились не в десятки или сотни, а в двойки
и в тройки. Те, которые сгруппировались в тройки, образовали протоны и нейтроны. После этого начали образовываться ядра. Сначала легкие – гелий, водород, литий – затем более тяжелые.

ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ
ВСЕЛЕННАЯ?
Момент, когда кварки объединились в тройки
и образовались протоны и нейтроны, случился примерно через 10 микросекунд после Большого взрыва. Образовалось ядерное вещество, из которого все и состоит.
Кварки кластеризовались,
получились протоны и нейтроны,
одновременно антикварки образовали антипротоны и антинейтроны.

Образовались звезды, планеты, галактики.
На протяжении более чем 13 миллиардов лет тяжелые ядра группировались, образуя элементы и затем сгустки материи.
Но вещества образовалось почему-то больше, чем антивещества (это, кстати, тоже вопрос,
над которым бьется человечество).
физик Эрнест Резерфорд и его европейские коллеги обнаружили, что материя состоит
из атомов, а сам атом состоит из ядра
и электронов, вращающихся вокруг него.
Уже спустя 20 лет начались масштабные исследования ядерной материи.
В начале XX века
Впоследствии эксперименты показали, что при достаточно высокой энергии столкновения ядер или при большой плотности ядерного вещества оно может пройти через фазовый переход, но как бы
в обратную сторону. То есть ядра могут испытать «разложение» на составляющие
– кварки и глюоны. Кварки – кирпичики,
а глюоны – как бы скрепляющий их клей.
Откуда взялся гаджет?
Это и есть то, что изучает фундаментальная наука, точнее, ядерная физика,
а еще точнее, проект NICA. Ученые хотят получить «освобожденные» кварки
и исследовать, понять механизмы, за счет которых они будут опять объединяться. Только таким образом можно ответить на тот самый вопрос: как создавалась материя.
Ну, хорошо, узнаем, а что дальше?
Говорят, когда Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, премьер-министр Великобритании лорд Гладстон спросил его:
— А какова практическая польза ваших исследований
и электричества?
— Я не знаю. Но что-то мне подсказывает, что однажды, сэр, вы обложите его налогом.
И Фарадей оказался прав.
Мы же теперь платим за электричество.


Но за 14 миллиардов лет путешествия по Вселенной мы уже, кажется, подзабыли о том, зачем отправились. Сделаем небольшую остановку здесь и сейчас, осмотримся. Первое, что мы видим, конечно, экран любимого гаджета! Да-да, он тоже из кварков.
Однако для его появления на свет их было бы недостаточно.
Понадобилась фундаментальная наука…
В 90-е годы в США, в национальной Брукхейвенской лаборатории недалеко от Нью-Йорка, началось строительство огромного коллайдера периметром 4 км, на котором в начале 2000-х годов начали сталкивать ядра золота.
Начало «NICA»
Основываясь на уже полученных экспериментальных данных,
ряд теоретиков независимо рассчитали необходимые энергии столкновения ядер
для формирования ядерной материи такой большой плотности, которая может возникнуть только в недрах нейтронных звезд.
В этих экспериментах было доказано существование кварк-глюонной плазмы и изучены фазовые переходы при малой плотности ядерной материи.
Перед учеными встал вопрос,
а как будут проходить фазовые переходы при максимально достижимой плотности ядерной материи и как достичь такую плотность.
В середине 2000-х годов, будучи директором ОИЯИ, академик А.Н. Сисакян поставил перед теоретиками, экпериментаторами и ускорительщиками задачу – можно ли создать установку, способную воспроизвести
кварк-глюонную материю большой плотности и всесторонне ее исследовать.
Так началась работа над проектом NICA.
В Дубне, в ОИЯИ, со времен академиков В.И. Векслера и А.М. Балдина уже был наработан уникальный опыт, передовые технологии, фантастическая научная школа ядерной физики, выдающаяся команда физиков-теоретиков, инженеров и математиков, уникальные технологии сверхпроводимости
и создания детекторов.
Алексей Норайрович Сисакян
(1944 – 2001)
Академик РАН, доктор физико-математических наук
Александр Михайлович Балдин
(1926 – 2001)
Доктор физико-математических наук, профессор теоретической физики, Академик АН СССР, лауреат Государственной и Ленинской премий, директор Лаборатории высоких энергий ОИЯИ, соавтор проекта синхрофазотрона ОИЯИ
Владимир Иосифович Векслер
(1907 – 1966)
Физик-экспериментатор, профессор, академик АН СССР, Лауреат Ленинской премии и Сталинской премии первой степени, основоположник ускорительной техники в СССР, создатель синхрофазотрона ОИЯИ, первый директор Лаборатории высоких энергий ОИЯИ
Наукоград Дубна расположен в 120 километрах от Москвы. В 1940-х годах здесь был основан Институт ядерных проблем АН СССР, а в 1956 году создана международная межправительственная организация Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ). Сегодня это сообщество объединяет 18 государств.
Ученые Дубны десятилетиями ведут уникальные исследования и получают результаты мирового уровня. За 65 лет с момента образования ОИЯИ здесь выполнен широчайший спектр исследований
и подготовлены научные кадры высшей квалификации для стран-участниц ОИЯИ.
Лаборатория ядерных проблем Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) г. Дубна . Слева направо - Венедикт Петрович Джелепов (слева) - советский физик, директор Лаборатории ядерных проблем Объединённого института ядерных исследований АН СССР; Бруно Максимович Понтекорво - итальянский и советский физик, член-корреспондент АН СССР, научный сотрудник лаборатории и Виктор Фредерик Вайскопф – американский физик, гендиректор Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN)
(Слева направо): академик В. И. Векслер, профессор Эрик Лофгрен и доктор Эдвин Мак-Миллан во время прогулки по Волге
105-й элемент Периодической системы Д. И. Менделеева получил имя «дубний» в честь города, где он был открыт. Заслуги основателя Лаборатории ядерных реакций академика Георгия Флёрова отмечены в имени 114-го элемента – флеровия. Элемент 115 назван «московий» – так мир воздал должное ученым Московской области, где расположен Институт.
Выдающуюся роль в синтезе сверхтяжелых элементов
и организации работы сыграл научный руководитель Лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флёрова ОИЯИ академик Юрий Оганесян, поэтому элемент 118 назван в его честь «оганесон».
Почетный директор Лаборатории ядерных реакций, академик АН СССР Георгий Флеров (слева) и академик АН СССР Юрий Оганесян. Объединенный институт ядерных исследований.
В 2019 г. на выездной сессии Комитета полномочных представителей правительств стран-участниц ОИЯИ
в г. Астана было принято решение начать сооружение Комплекса NICA, включающего в свой состав цепь ускорителей с коллайдером, три детектора и необходимую сложнейшую инженерную инфраструктуру.
Много полезного
Есть масса полезных вещей, которые благодаря проекту NICA могут появиться довольно скоро. Например, NICA пригодится покорителям космоса.
Дело в том, что космическое пространство пронизано потоком протонов и других атомных ядер, который непрерывно истекает из Солнца и других звезд Вселенной. По сути это радиация, опасная для всего живого. МКС защищена от нее магнитным полем Земли, но на пути к Марсу космонавты будут лишены такого щита многие месяцы. Как их уберечь? Насколько мощная требуется защита? Возможно ли вообще доставить человека до красной планеты живым и в здравом уме? Ответа на все эти вопросы пока нет. Чтобы их найти, нужны многочисленные эксперименты,
в которых космический радиационный фон имитируется потоком заряженных частиц, созданных на ускорителе.
Российский физик-экспериментатор, специалист в области физики и техники ускорителей, коллайдеров и накопителей пучков заряженных частиц, доктор физико-математических наук, академик РАН, член Президиума РАН.
23 ноября 2020 г. на очередном заседании Комитета полномочных представителей государств-членов ОИЯИ избран Директором Института
Григорий
Владимирович Трубников
Более полувека при лечении рака используется протонная терапия. Протоны или более тяжелые ионы разгоняются
до энергии в 250 – 300 мегаэлектронвольт и потом прицельно направляются на нужное место. Новые эксперименты на NICA помогут сделать этот метод более эффективным и безопасным.

К ускорительному комплексу проявляют большой интерес и создатели принципиально новых материалов. Они ожидают

новое поколение метрологической техники буквально с микронной точностью измерений;
тонкопленочные, толщиной в один атом, покрытия, которые резко повысят эффективность, к примеру, солнечных батарей;
технологию нанолитографии для создания самых современных интегральных микросхем;
специальные сплавы и технологии сварки таких металлов, как ниобий, вольфрам, титан;
гигантские хранилища данных (до 50 терабайт) и высокоскоростные (с пропускной способностью свыше 100 Гб в секунду) каналы передачи данных.специальные сплавы и технологии сварки таких металлов, как ниобий, вольфрам, титан;
А что дальше?
Благодаря советскому кино множество совершенно далеких от физики людей знают, что положено
в основу работы синхрофазотрона: принцип ускорения заряженных частиц электрическим полем. Так вот, синхрофазотрон – это и есть ускоритель. И запущен он впервые в мире был именно в Дубне. Это произошло в 1957 году,
за полгода до запуска Первого Спутника, и эти два события считают равными по значимости, и теперь становится понятно, почему.

ОИЯИ. Синхрофазотрон.
ОИЯИ. Здание синхрофазотрона. Лаборатория высоких энергий.
В 80-х годах ХХ века астрофизики впервые обнаружили с помощью телескопов нейтронные звезды. Такая звезда — это очень компактный и плотный объект с массой порядка 1-2 масс Солнца и радиусом 15-20 км. Плотность ядерного вещества в центре нейтронной звезды просто гигантская Для сравнения, 10-рублевая монетка из такого вещества весила бы там как 10 тысяч ракетных крейсеров «Адмирал Кузнецов».

Так что продолжение путешествия нам еще только предстоит…

При создании данного проекта использовались иллюстрации и видеоматериалы: ОИЯИ, Ф.Н. Юрчихин, О.Дмитриева, Б.Манушин/РИА Новости, Ф.Гридберг/РИА Новости, Б.Ушмайкин/РИА Новости, Ю.Туманов/РИА Новости, В.Бобков/РИА Новости, А.Князев/РИА Новости, Ю.Заритовский/РИА Новости, Wikipedia, Pixabay

ПРИ ПОДДЕРЖКЕ
Made on
Tilda