От синхрофазотрона к NICA: Россия откроет секрет Вселенной

В Дубне, на площадке Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), завершается строительство ускорительного комплекса NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility). Этот комплекс создан с целью изучения свойств материи в экстремальных условиях, которые существовали в микросекунды после Большого взрыва.

ОИЯИ был основан в середине 1950-х годов почти одновременно с ЦЕРН в Швейцарии и на протяжении десятилетий играет важную роль в исследованиях фундаментальных свойств материи. Сегодня институт объединяет 19 стран-участниц и является единственной международной межправительственной научной организацией в России, зарегистрированной ООН. За последние 70 лет институт сделал значительный вклад в область ядерной физики.

В 1957 году в Дубне был запущен синхрофазотрон – самый мощный на тот момент в мире ускоритель заряженных частиц, который мог разгонять протоны до рекордной энергии 10 ГэВ (10 млрд электронвольт). NICA является прямым наследником этой уникальной установки. В 2002 году синхрофазотрон был остановлен, и его огромный магнитовод использовали для строительства одной из ступеней комплекса NICA.

Основной задачей ускорительного комплекса NICA является воссоздание кварк-глюонной плазмы, состояния вещества, предшествующего образованию протонов и нейтронов в ранней Вселенной. Ученые предполагают, что в месте столкновения двух пучков ионов высокой энергии появится «смешанная фаза» – переходное состояние между кварк-глюонной плазмой и адронным веществом.

Проведение экспериментов на NICA позволит ученым лучше понять процессы, происходившие в ранней Вселенной, и получить ответы на вопросы, связанные с фазовым переходом от кварк-глюонной плазмы к ядерной форме существования материи. Это один из главных вопросов современной физики, и решение этой проблемы проложит путь к новым открытиям в области фундаментальных наук.

Комплекс NICA будет обладать рядом уникальных характеристик, которые позволят проводить эксперименты на границе современных возможностей. Столкновения протонов и тяжелых ионов на коллайдере NICA будут происходить с энергией до 11 ГэВ на нуклон для тяжелых ионов и до 27 ГэВ на нуклон для протонов. Такие высокие энергии позволят ученым подробнее изучить свойства сильного взаимодействия и структуру адронов.

Важным аспектом исследований на NICA является изучение свойств нейтронных звезд, одного из самых экстремальных и плохо изученных объектов Вселенной. Внутри нейтронных звезд происходят процессы, схожие с теми, что имели место в ранней Вселенной. Исследования на NICA помогут понять эти процессы и определить внутреннее строение и свойства нейтронных звезд.

Комплекс NICA будет включать в себя несколько экспериментальных установок, оснащенных современными детекторами, которые позволят проводить сложные и масштабные исследования. Внедрение новейших технологий и привлечение ученых из разных стран мира сделают NICA международным научным центром, способным привнести новые идеи и открытия в фундаментальную науку.

В целом, завершение строительства ускорительного комплекса NICA является важным шагом в развитии фундаментальных наук, а исследования, проводимые на этой установке, могут пролить свет на тайны происхождения и структуры Вселенной.

1. Открытие Хиггсова бозона: Вероятно, самое знаменитое достижение, связанное с БАК, – это открытие Хиггсова бозона в 2012 году. Эта элементарная частица, предсказанная теоретически в 1964 году, отвечает за массу других элементарных частиц и является ключевым компонентом Стандартной модели физики частиц. Открытие Хиггсова бозона стало кульминацией десятилетий научных исследований и заслужило Нобелевскую премию по физике в 2013 году.
2. Открытие и изучение топ-кварка: Топ-кварк, который является наиболее массивным из всех известных кварков, был впервые обнаружен в 1995 году на американском ускорителе Теватрон. Однако именно на БАК ученым удалось провести более точные измерения его массы и свойств, что позволило уточнить и дополнить Стандартную модель.
3. Исследование антиматерии: БАК также играет важную роль в исследовании антиматерии и античастиц. Эксперименты на коллайдере позволили ученым получить новые данные о разнице между материей и антиматерией, что может привести к пониманию причин доминирования материи во Вселенной.
4. Изучение кварк-глюонной плазмы: БАК также используется для столкновений тяжелых ионов и создания экстремальных условий, схожих с теми, которые были во Вселенной сразу после Большого Взрыва. Именно в этих условиях образуется кварк-глюонная плазма – состояние материи, в котором кварки и глюоны не образуют связанных структур. Исследования кварк-глюонной плазмы на БАК дают ученым возможность изучить свойства сильного взаимодействия и поведение материи при экстремальных температурах и плотности.

5. Поиск сверхтяжелых элементарных частиц и дополнительных измерений: БАК также используется для поиска сверхтяжелых элементарных частиц, которые могут быть связаны с такими теориями, как суперсимметрия, и дополнительными измерениями. Эти теории предполагают существование новых, еще не открытых частиц и могут стать основой для будущих моделей физики частиц, дополняющих или заменяющих Стандартную модель.
6. Наблюдение за нейтрино и изучение их свойств: Нейтрино являются одними из самых таинственных и сложных для изучения элементарных частиц. На БАК проводятся эксперименты, направленные на изучение свойств нейтрино, их массы и осцилляций. Эти данные могут быть критически важными для понимания процессов, происходящих во Вселенной, и развития фундаментальной физики.
7. Изучение космических лучей: БАК также играет важную роль в изучении космических лучей – заряженных частиц, которые постоянно бомбардируют Землю из космического пространства. Эксперименты на коллайдере помогают ученым понять происхождение и природу этих частиц, а также механизмы их взаимодействия с атмосферой Земли.

В целом, Большой адронный коллайдер ЦЕРН является незаменимым инструментом для изучения фундаментальных вопросов физики и понимания структуры и происхождения Вселенной. Он продолжает открывать новые горизонты в научных исследованиях.