Колайдер в русия. Проект nica (nuclotron-based ion collider facility). Обединеният институт за ядрени изследвания (оияи) в дубна, близо до москва

Колайдерът в Русия ускорява частици в насрещни снопове (collider от думата collide). Необходимо е да се изследват продуктите на тези частици, които се сблъскват една с друга, така че учените да придадат силна кинетична енергия на елементарните частици на материята. Те също така сблъскват тези частици, като ги насочват една срещу друга.

История на създаването

Колайдерите могат да бъдат няколко вида: пръстеновидни колайдери (например Големият адронен колайдер в ЦЕРН в Европа), линейни колайдери (планираният ILC).

Теоретично идеята за използване на предимствата на сблъсъците на лъчите се е появила преди няколко десетилетия. Видере Ролф, норвежки физик, получава патент в Германия още през 1943 г. за идеята за сблъскване на лъчи. Тя е публикувана едва десет години по-късно.

През 1956 г. Доналд Кирст предлага използването на сблъскващи се протонни снопове за изследване на физиката на елементарните частици. Докато Джерард О`Нийл смяташе да използва пръстени за съхранение, за да произвежда интензивни лъчи.

Проектът за колайдер се осъществява активно едновременно в Италия, Съветския съюз и САЩ (Фраскати, INP, SLAC). Първият пуснат колайдер е електронно-позитронният колайдер AdA, ръководен от Тушекаво Фраскати.

Първият резултат обаче е публикуван едва година по-късно (през 1966 г.), в сравнение с наблюдението на еластичното разсейване на електрони във ВЕП-1 (1965 г., СССР).

.

Хадронен колайдер в Дубна

VEP-1 (сблъскващи се електронни лъчи) е машина, създадена под точното ръководство на Г.Е.Р. Толстой. И. Budker. След още известно време лъчи са получени в ускорител в САЩ. И трите колайдера са тестови; те служат за демонстрация на възможността за провеждане на изследвания в областта на физиката на елементарните частици.

Първият адронен колайдер обаче е ISR - протонен синхротрон, който е пуснат в действие през 1971 г. от ЦЕРН. Енергийната му мощност е 32 GeV в снопа. През 90-те години това е единственият работещ линеен колайдер.

След стартирането

В Русия, в Обединения институт за ядрени изследвания, се изгражда нов ускорителен комплекс. Нарича се NICA - Nuclotron based Ion Collider facility и се намира в Дубна. Целта на конструкцията е да се изследват и открият нови свойства на плътната барионна материя.

След като машината бъде пусната в действие, учените от Обединения институт за ядрени изследвания в Дубна, близо до Москва, ще могат да създадат определено състояние на материята, каквато е била Вселената в първите мигове след Големия взрив. Това вещество се нарича кварк-глюонна плазма (QGP).

Изграждането на комплекса в защитеното съоръжение започна през 2013 г., а изстрелването е планирано за 2020 г.

Основни задачи

Специално за Деня на науката в Русия служителите на ОИЯИ подготвиха материали за Обучения за ученици. Темата е "NICA - Вселената в лабораторията". Видеоклип с участието на академик Григорий В. Трубников разказва за бъдещите изследвания в адронния колайдер в Русия, съвместно с други учени от от всички видове страните по света.

Най-важното предизвикателство пред изследователите в тази област е да проучат следните насоки:

1. Свойства и функции на близките взаимодействия на елементарните съставки на стандартния модел на физиката на елементарните частици, т.е. изследване на кварките и глуоните.
2. Намиране на признаци за фазови преходи между CGP и адронна материя и търсене на неизвестни досега състояния на барионната материя.
3. Работа с основните свойства на близките взаимодействия и симетриите на CGP.

Важно оборудване

Същността на адронния колайдер в комплекса NICA се състои в осигуряването на широк спектър от снопове: от протони и деутерони до снопове, които се състоят от много по-тежки йони, като например ядро на злато.

Тежките йони ще бъдат ускорени до енергии от 4,5 GeV/нуклеон, а протоните - до 12,5 GeV/нуклеон. Сърцето на колайдера в Русия е нуклотронният ускорител, който работи от деветдесет и трети век, но е значително ускорен.

Колайдерът NICA има няколко пътя на взаимодействие. Едната е за изучаване на това как тежките йони се сблъскват помежду си с детектор MPD, а другата - за провеждане на експерименти с поляризирани лъчи със съоръжение SPD.

Завършване на строителството

Беше отбелязано, че в първия експеримент участват учени от страни като САЩ, Германия, Франция, Израел и, разбира се, Русия. В момента в NICA се работи по инсталирането и активирането на отделните части.

Сградата за адронния колайдер ще бъде завършена през 2019 г., а самият колайдер ще бъде инсталиран през 2020 г. През същата година ще започне изследователска работа за изучаване на сблъсъка на тежки йони. В пълна сила всички устройства ще работят през 2023 г.

Колайдерът в Русия е само един от общо шестте проекта в нашата страна, които са удостоени със званието "меганаука". През 2017 г. правителството отпусна почти четири милиард рубли за конструирането на тази машина. Цената на основното изграждане на машината се оценява от експертите на двадесет и седем и половина милиарда рубли.

Нова ера

Владимир Кекелидзе, директор по физика във високоенергийната лаборатория JINR, смята, че проектът за колайдер в Русия ще даде възможност на страната да се издигне до най-високите позиции във физиката на високите енергии.

Наскоро бяха открити следи "на новата физика", които са записани на Големия адронен колайдер и излизат извън рамките на Стандартния модел на нашия микрокосмос. Говори се, че наскоро откритият "нова физика" няма да пречи на колайдера.

В интервю Владимир Кекелидзе обясни, че тези открития няма да обезценят работата на NICA като себе си Проектът е създаден преди всичко, за да се разбере как точно са изглеждали най-ранните моменти от зачеването на Вселената и че условия за изследвания като тези в Дубна не съществуват никъде другаде по света.

Той каза също, че учените от JINR изследват нови граници на науката, в които са решени да поемат водеща роля. че настъпва ера, в която не просто ще има нов колайдер, а нова ера в развитието на физиката на високите енергии за нашата страна.

Международен проект

Според същия директор работата по NICA, където се намира адронният колайдер, ще бъде международна. Защото в наше време изследванията в областта на физиката на високите енергии се извършват от екипи от учени, съставени от членове от различни страни.

Двадесет и четири държави вече са участвали в проекта на сайта. И цената на това чудо се оценява на петстотин четиридесет и пет милиона долара.

Новият колайдер ще подпомогне учените в изследванията на нови материали, материалознанието, радиобиологията, електрониката, лъчевата терапия и медицината. Освен това всички програми ще се ползват "Роскосмос", както и рециклиране и обезвреждане на радиоактивни отпадъци и създаване на авангардни криогенни и енергийни източници, които са безопасни за използване.

Хигс бозон

Хигс бозонът е т.нар. квантово поле на Хигс, което се появява с необходимост във физиката, и по-точно в нейния стандартен модел на елементарните частици, като следствие от механизма на Хигс за непредсказуемо нарушаване на електрослабата симетрия. Откриването му е кулминацията на стандартния модел.

В рамките на същия модел той е отговорен за инертната маса на елементарните частици - бозони. Полето на Хигс помага да се обясни появата на инертна маса в частиците, т.е. носители на слабото взаимодействие, както и липсата на маса в частицата носител на силното взаимодействие и електромагнитното взаимодействие (глуон и фотон). Хигс бозонът в своята структура е се като скаларна частица. Така тя има нулев спин.

Откриването на полета

Бозонът е аксиоматизиран още през 1964 г. от родения във Великобритания физик Питър Хигс. Но целият свят научава за откритието му, като чете неговите статии. И след почти петдесетгодишно търсене, т.е. през 2012 г., на 4 юли беше открита частица, подходяща за тази роля. Открит е чрез изследвания в LHC, а масата му е около 125-126 GeV/s².

Има сериозни основания да се смята, че тази частица е Хигс бозонът. През 2013 г., през март, различни изследователи от ЦЕРН съобщиха, че откритата преди шест месеца частица всъщност е Хигс бозон.

Актуализираният модел, включващ тази частица, позволи да се конструира квантова ренормализируема теория на полето. А година по-късно, през април, екипът на CMS съобщи, че ширината на разпадане на открития Хигс бозон е по-малка от 22 MeV.

Свойства на частиците

Както всяка друга частица в таблицата, Хигс бозонът е подвластен на гравитацията. Тя има цветни и електрически заряди и, както вече споменахме, нулев спин.

Съществуват четири основни канала за появата на Хигс бозона:

1. След сливането на два глюона. Това е основният.
2. Когато двойките WW- или ZZ- се слеят-.
3. С условие за придружаване на W- или Z-бозон.
4. При наличие на топ кварки.

Той се разпада на двойка b-антикварк и b-кварк, на две двойки електрон-позитрон и/или на двойка мюон-антимуон с две неутрино.

През 2017 г., в самото начало на юли, на конференция с участието на EPS, ATLAS, HEP и CMS беше обявено, че най-накрая са започнали да се появяват видими намеци за разпадането на Хигс бозона в двойка b-кварк-антикварк.

Преди това беше нереалистично да видим това със собствените си очи поради трудностите при отделянето на същите раждания на кварки от фоновите процеси. Стандартният физичен модел предполага, че такова разпадане е най-често срещано, т.е. повече от половината от времето. През октомври 2017 г. беше открито сигурно наблюдение на сигнал за разпад. Това твърдение беше направено от CMS и ATLAS в публикуваните от тях статии.

Съзнание на масите

Откритата от Хигс частица е толкова важна, че Леон Ледерман (Нобелов лауреат) я нарича "божествената частица" в заглавието на книгата си. Въпреки че самият Леон Ледерман предлага в първоначалната си версия "Дяволска частица", но редакцията отхвърля предложението му.

Това несериозно име се използва достатъчно широко в медиите. Въпреки че много учени не го одобряват. Те смятат, че много по-подходящо заглавие би било "бозон от бутилка шампанско", тъй като потенциалът на полето на Хигс прилича на дъното на тази бутилка и откриването му определено би довело до пълното източване на много такива бутилки.