Колайдер в росії. Проект nica (nuclotron-based ion collider facility). Об'єднаний інститут ядерних досліджень (оіяі) в підмосковній дубні

Коллайдер в Росії прискорює частинки в зустрічних пучках (коллайдер від слова collide , в перекладі-стикатися). Він потрібен, для того щоб вивчати продукти наголосів цих частинок один з одним, щоб вчені надавали сильну кінетичну енергію елементарним частинкам речовини. Вони також займаються зіткненнями цих частинок, направляючи їх один проти одного.

Історія створення

Коллайдери бувають декількох видів: кільцеві (наприклад, БАК-Великий адронний коллайдер в Європейському CERN), лінійні (проектований ILC).

Теоретично думка скористатися зіткненням пучків з`явилася пару десятків років тому. Відерое Рольф, фізик з Норвегії, отримав ще в 1943 році патент в Німеччині на ідею стикаються пучків. Його опублікували лише через десять років.

У 1956 році Дональд Керст зробив пропозицію про використання зіткнення протонних пучків, для того щоб вивчати фізику елементарних частинок. У той час як Джерард О`ніл подумав скористатися накопичувальними кільцями, для того щоб отримати інтенсивні пучки.

Активно ж роботи над проектом зі створення коллайдера стартували одночасно в Італії, Радянському Союзі та Сполучених Штатах (Фраскаті, ІЯФ, SLAC). Першим колайдером, який вдалося запустити, став електроно-позитронний AdA, керував будівництвом якого Тушекаво Фраскаті.

При цьому перший результат опублікували тільки через рік (в 1966-му), в порівнянні з результатами спостереження за пружним розсіюванням електронів на ВЕП - 1 (1965-й, СРСР).

.

Адронний колайдер в Дубні

ВЕП-1 ( зустрічні електронні пучки) - це машина, яка була створена під чітким керівництвом Г. І. Будкера. Ще через деякий час пучки були отримані в прискорювачі Сполучених Штатів. Всі ці три коллайдера були перевірочними, вони послужили для демонстрації можливості досліджень фізики елементарних частинок на них.

Першим же адронним колайдером є ISR-протонний синхротрон, який запустили в 1971 році CERN. Його енергетичною потужністю було 32 Гев в пучку. Це був єдиний працюючий лінійний колайдер у дев`яностих роках.

Після запуску

Новий комплекс прискорення створюється в Росії, на базі Об`єднаного Інституту ядерних досліджень. Називається він NICA-Nuclotron based Ion Collider facility і розташовується в Дубні. Метою побудови є вивчення і відкриття нових властивостей щільної матерії баріонів.

Після того як машина запуститься, вчені об`єднаного Інституту ядерних досліджень в підмосковній Дубні будуть здатні створити певний стан речовини, яким і була Всесвіт в найперші її миті після Великого вибуху. Ця речовина називається кварк-глюонною плазмою (КГП).

Будувати комплекс на режимному об`єкті почали в 2013 році, а запуск планується вже в 2020 році.

Головні завдання

Спеціально до Дня науки в Росії співробітники ОІЯІ приготували матеріали для навчальних заходів, призначених для школярів. Тема називається " Nica-Всесвіт у лабораторії». Відеоряд за участю Академіка Григорія Володимировича Трубнікова повідає про майбутні дослідження, які будуть проводитися на адронному колайдері в Росії в співтоваристві з іншими вченими з самих різних країн світу.

Найголовнішим завданням, яке стоїть перед дослідниками в цій області, є вивчення наступних напрямків:

1. Властивості і функції тісних взаємодій елементарних складових стандартної моделі фізики частинок між собою, тобто вивчення кварків і глюонів.
2. Знаходження ознак переходу фаз між КГП і адронною матерією, а також пошук невідомих раніше станів матерії баріонної.
3. Робота з основними властивостями тісних взаємодій і симетрії КГП.

Важливе обладнання

Суть адронного колайдера в комплексі NICA-забезпечення великого пучкового спектру: від протонів і дейтронів, до пучків, які складаються з набагато важчих іонів, таких як ядро золота.

Важкі іони будуть прискорені до стану енергії аж до 4,5 Гев/нуклон, а протони-до дванадцяти з половиною. Серце коллайдера в Росії-прискорювач Нуклотрон, який діє ще з дев`яносто третього року минулого століття, але був значно прискорений.

У NICA-колайдері передбачили кілька шляхів взаємодії. Один для того, щоб вивчати на детекторі MPD то, як стикаються між собою важкі іони, а інший - для проведення експериментів з поляризованими пучками на SPD-установці.

Завершення будівництва

Було відзначено, що в першому експерименті беруть участь вчені з таких країн, як США, Німеччина, Франція, Ізраїль і, звичайно ж, Росія. Зараз на NICA проводяться роботи по установці і приведення в активний робочий стан окремих частин.

Будівлю під адронний колайдер завершать в 2019 році, а монтаж самого колайдера буде проводитися в 2020 році. В цей же рік почнуться дослідницькі роботи з вивчення зіткнення іонів великої ваги. На повну силу весь пристрій буде працювати в 2023 році.

Колайдер в Росії-це тільки один з цілих шести проектів в нашій країні, яким був присвоєний клас megascience. У 2017м урядом було виділено майже чотири мільярда рублів на будівництво цієї машини. Вартість же базової споруди машини була оцінена фахівцями в двадцять сім з половиною мільярдів рублів.

Нова ера

Володимир Кекелідзе-директор фізиків в лабораторії високих енергій ОІЯІ вважає, що проект колайдера в Росії дасть країні можливість піднятися на найвищі позиції в області високоенергетичної фізики.

Нещодавно були відкриті сліди "нової фізики", які зафіксували Великий адронний колайдер і вони виходять за рамки стандартної моделі нашого мікросвіту. Було заявлено, що нещодавно відкрита "нова фізика" не заважатиме роботі коллайдера.

В одному з інтерв`ю Володимир Кекелідзе дав пояснення, що ці відкриття не знецінять роботу NICA, так як сам проект створений перш за все, щоб зрозуміти, як саме виглядали самі початкові миті зародження Всесвіту, а також, що таких умов для досліджень, які є в Дубні, не існує більше ніде в світі.

Він же сказав, що вчені ОІЯІ освоюють нові грані науки, в яких вони твердо мають намір зайняти лідируючі позиції. Що настає ера, в якій не просто створюється новий коллайдер, а нова епоха розвитку фізики високих енергій для нашої країни.

Міжнародний проект

За словами того ж директора, робота над NICA, де знаходиться адронний колайдер, буде міжнародною. Тому як дослідження фізики високих енергій в наш час виробляються цілими вченими колективами, в яких складаються люди з самих різних країн.

У роботі над цим проектом на режимному об`єкті вже взяли участь співробітники з двадцяти чотирьох країн світу. А вартість цього дива становить, за приблизними підрахунками, п`ятсот сорок п`ять мільйонів доларів.

Новий колайдер також допоможе вченим у проведенні досліджень у сферах створення нових речовин, матеріалознавства, радіобіології, електроніки, променевої терапії та медицини. Крім того, все це принесе користь програмам "Роскосмосу", а також переробці та утилізації радіоактивних відходів і створенню новітніх джерел техніки кріогену та енергії, які будуть безпечними у використанні.

Бозон Хіггса

Бозон Хіггса - це так звані квантові поля Хіггса, які з`являються з необхідністю у фізиці, а точніше, в стандартній її моделі елементарних частинок, як наслідок хіггсівського механізму непередбачуваного порушення електрослабкої симетрії. Відкриття його стало завершенням стандартної моделі.

В рамках цієї ж моделі він відповідає за інертність маси елементарних частинок-бозонів. Поле Хіггса допомагає пояснити появу інертної маси у частинок, тобто переносників слабкої взаємодії, а також відсутність наявності маси у переносника-частинки сильної взаємодії і електромагнітного (глюон і фотон). Бозон Хіггса за своєю будовою являє себе як скалярну частинку. Таким чином, він володіє нульовим спіном.

Відкриття полів

Аксіоматизований цей бозон ще в 1964 році фізиком родом з Британії, на ім`я Пітер Хіггс. Весь світ же дізнався про його відкриття через прочитання його статей. А через практично півсотні років пошуків, тобто в 2012 році, 4 липня була виявлена частка, яка підходить на цю роль. Відкрили її в результаті досліджень на БАК, а її маса дорівнює приблизно 125-126ГэВ/c2.

Вважати, що саме ця частка і є той самий бозон Хіггса, допомагають досить вагомі підстави. У 2013 році, в березні, різні дослідники з ЦЕРН повідомили про те, що частинка, яку знайшли півроку тому, насправді є бозоном Хіггса.

Оновлена модель, що включає в себе цю частинку, дала можливість сконструювати квантову перенормируемую теорію полів. А через рік, у квітні, група CMS зробила повідомлення про те, що широта розпаду відкритого бозона Хіггса менша, ніж 22 МЕВ.

Властивості частинки

Так само, як і будь-яка інша частинка з таблиці, бозон Хіггса піддається гравітації. Він володіє зарядами кольору і електрики, а також, як було згадано раніше, нульовим спіном.

Існує чотири головних канали появи хіггсівського бозона:

1. Після того, як відбудеться злиття двох глюонів. Він є основним.
2. При злитті пар WW - або ZZ-.
3. З умовою супроводу W - або Z-бозона.
4. З присутніми топ-кварками.

Розпад у нього йде на пару b-антікварк і b-кварк, на дві пари електрон-позитрон і / або мюон-антімюон з двома нейтрино.

У 2017 році, на самому початку липня, на конференції за участю EPS, ATLAS, HEP і CMS було зроблено повідомлення про те, що нарешті почали з`являтися помітні натяки на те, що бозон Хіггса розпадається на пару b-кварк-антикварк.

Раніше подібне було нереально побачити своїми очима на ділі через складнощі з відділенням народження тих же кварків іншим чином від процесів на тлі. Стандартна фізична модель говорить про те, що такий розпад є найчастішим, тобто більше ніж в половині випадків. У жовтні 2017 року відкрилося впевнене спостереження сигналу розпаду. Таку заяву зробили CMS і ATLAS в своїх випущених статтях.

Свідомість мас

Частинка, відкрита Хіггсом, є настільки важливою, що Леон Ледерман (нобелівський лауреат) у заголовку своєї книги назвав її частинкою Бога. Хоча сам Леон Ледерман в своєму початковому варіанті пропонував "частинку диявола", але редактори його пропозицію відкинули.

У засобах масової інформації це несерйозне назва вживається досить широко. Хоча багато вчених і не схвалюють цього. Вони вважають, що набагато більш вдалим була б назва "бозон бутлі шампанського", так як потенціал поля Хіггса нагадує дно цієї самої пляшки, а відкриття його безумовно призведе до повного осушення багатьох таких пляшок.