Владимир Полканов
Коллайдер NICA позволит достичь максимально возможной в лабораторных условиях Земли барионной плотности ядерной материи.
Фото © Пресс-служба ОИЯИ
Исследование свойств ядерной материи в ее различных состояниях – одна из главных задач физики высоких энергий. Согласно современным теоретическим представлениям, в ходе эволюции Вселенной существовавшая на ее ранних этапах кварк-глюонная плазма при расширении и остывании перешла в адронную фазу. Во время перехода вещество находилось в состоянии так называемой смешанной фазы, которая до сих пор очень слабо известна ученым. Для ее изучения Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне запустил проект NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility), позволяющий воссоздать материю в экстремальных условиях ее фазовых переходов. NICA позволит расширить знания о развитии Вселенной и даст основу для разработки перспективных технологий.
NICA – международный проект класса «мегасайенс», реализуемый в рамках нацпроекта «Наука и университеты». Он включает в себя коллайдер тяжелых ионов и поляризованных легких ядер на базе Дубненского сверхпроводящего ускорителя «Нуклотрон», который станет источником пучков для коллайдера. «Нуклотрон» способен разгонять и сталкивать пучки протонов и тяжелых ионов вплоть до очень массивных ионов золота. Планируемая кинетическая энергия ионов достигнет 4,5 ГэВ/нуклон, а протонов – 12,6 ГэВ. В точках столкновения встречных пучков будут размещены два детектора.
Работа комплекса NICA нацелена на исследование горячей и плотной сильно взаимодействующей материи и поиск возможных проявлений признаков смешанной фазы. Как известно, в сильно нагретом или сжатом веществе могут происходить фазовые переходы в новое состояние: классический пример – превращение воды в пар при кипении в чайнике, при котором под крышкой одновременно находятся вода и пар – тоже своего рода «смешанная фаза». Если сжимать или нагревать ядерную материю, в ней может возникнуть переход из адронной фазы в состояние кварк-глюонной плазмы. Для целей экспериментов нужна очень высокая плотность вещества. NICA позволит достичь максимально возможной в лабораторных условиях Земли барионной плотности ядерной материи, возникающей в результате столкновения тяжелых ионов.
Важный нюанс заключается в том, что энергию ионов при этом нужно поддерживать на сравнительно невысоком уровне. Она должна быть гораздо ниже, чем, например, на Большом адронном коллайдере: европейская установка нацелена на достижение максимальной энергии пучков, вот почему там такие эксперименты были бы малопродуктивны. Коллайдер NICA заточен под другие задачи.
Проект позволит проводить такие фундаментальные исследования, как поиск и изучение новых, не наблюдавшихся ранее форм сверхплотной барионной материи, поиск причин, почему мир состоит только из вещества при полном отсутствии антивещества в нашей части Вселенной. Кроме того, инфраструктуру комплекса можно будет использовать для инновационных работ по таким прикладным направлениям, как медицинские и радиобиологические исследования, в том числе для лечения онкологических заболеваний, улучшение параметров сверхпроводящих магнитов, создание радиационно-стойкой микроэлектроники и систем защиты для пилотируемой космонавтики и многие другие. NICA станет центром международной научной кооперации: это первый российский проект, включенный в «дорожную карту» Европейского стратегического форума по исследовательским инфраструктурам.
Еще один важнейший «мегасайенс»-проект ОИЯИ – Байкальский глубоководный нейтринный телескоп Baikal-GVD, официальный запуск которого состоялся в марте прошлого года. Это коллаборация ОИЯИ и Института ядерных исследований (ИЯИ) РАН, а всего в проекте принимают участие более 70 ученых и инженеров из 11 международных научных центров.
Телескоп расположен в Южной котловине озера Байкал на расстоянии 3,5 км от берега на глубине 750–1300 м. Научная установка похожа на сеть из тросов, на которые нанизаны стеклянные шары-детекторы – оптические модули, регистрирующие черенковское излучение. Baikal-GVD – один из трех нейтринных телескопов в мире и наряду с телескопами IceCube на Южном полюсе и KM3NeT в Средиземном море входит в Глобальную нейтринную сеть (Global Neutrino Network, GNN).
Обсерватория предназначена для регистрации и исследования потоков нейтрино сверхвысоких энергий от астрофизических источников. С его помощью ученые смогут изучать процессы с огромным выделением энергии, которые происходили в далеком прошлом, а также эволюцию галактик, формирование сверхмассивных черных дыр и механизмы ускорения частиц.
Сейчас эффективный объем телескопа для регистрации астрофизических нейтрино с энергией в области 1 ПэВ составляет 0,4 куб. км. Проект будет развиваться и дальше – в его основе лежит модульная система, поэтому к установке можно добавлять новые кластеры и тем самым увеличивать мощность телескопа. Планируется, что объем установки к 2027 году должен составить около 1 куб. км.
Уже к концу 2021 года нейтринный телескоп на Байкале показал высокий научных результат. С разницей в 4 часа Baikal-GVD и его коллега IceCube на Южном полюсе зафиксировали сигнал от нейтрино, происходящих из одного источника – радиоблазара PKS 0735+17. Впервые два крупнейших в мире нейтринных телескопа обнаружили нейтрино в двух разных полушариях от одного и того же возможного источника. В ходе Десятилетия науки и технологий обсерватория продемонстрирует еще немало достижений.
