Ускоритель тяжёлых ионов построят в Дубне

Началось строительство ускорителя на встречных пучках тяжелых ионов – коллайдера NICA в Дубне, одного из шести крупнейших объектов российской науки, относящихся к  классу «мега-сайенс».

Коллайдер NICA представляет собой циклотрон с длиной окружности 500 метров. Он способен разгонять и сталкивать пучки протонов и тяжёлых ионов вплоть до очень массивных ионов золота. Планируемая кинетическая энергия ионов достигнет 4,5 ГэВ/нуклон, протонов – 12,6 ГэВ. Источником пучков для коллайдера станет построенный в 1993 году ускоритель «Нуклотрон», первый в Европе сверхпроводящий ускоритель тяжелых ионов высоких энергий, после его модернизации. Название NICA – аббревиатура: Nuclotron-based Ion Collider fAsility. В двух точках столкновения встречных пучков разместятся специально разрабатываемые экспериментальные установки MPD и SPD.

Основная задача детектора MPD (Multi-Purpose Detector) – изучение адронной материи при высоких температурах и плотностях. В обычных условиях она существует в виде связанных сильным взаимодействием протонов и нейтронов. В условиях колоссальной плотности и высокой температуры нуклоны «плавятся», и составляющие их кварки и глюоны высвобождаются, образуя новое состояние – кварк-глюонную плазму. Её исследуют на коллайдере RHIC в США, соответствующая программа существует на LHC в ЦЕРНе, в Германии строится ускорительный комплекс FAIR. Коллайдер NICA ускорит ионы до сравнительно невысокой энергии, но позволит достигнуть такого соотношения плотности и температуры в точке столкновения, что обычная материя и кварк-глюонная плазма смогут существовать одновременно, в так называемой смешанной фазе. На ускорителях, где энергия ионных пучков слишком высока, исследовать такое состояние затруднительно.  

При высокой барионной, протон-нейтронной, плотности материя практически не исследована. К важнейшим фундаментальным проблемам в этой области в настоящее время относятся:

— поиск и изучение новых, не наблюдавшихся ранее форм барионной материи;
— понимание причин связанности кварков в нуклонах;
— поиск причин нарушения симметрии, объясняющих «механизм» формирования мира, состоящего только из вещества, при полном отсутствии антивещества в нашей части Вселенной.

Детектор SPD (Spin Physics Detector), как следует из названия, ориентирован на исследования в области спиновой физики и будет иметь возможность сталкивать поляризованные пучки протонов и дейтронов. Понятие спина – собственного момента количества движения (импульса) – давно и прочно вошло в физику, однако его природа до сих пор не вполне понятна. Нет сомнения, что собственный момент импульса протона формируется из вкладов спинов составляющих его кварков и глюонов, а также их орбитальных моментов. Однако недостаточно исследованы ни их соотношение, ни связи ориентаций спинов протона и составляющих его частиц. Измерения, запланированные на установке SPD, станут продолжением тех исследований в области спиновой физики, которые прежде проводились с участием российских физиков только в зарубежных научных центрах.

Вопросы по проекту NICA/MPD и работе «Нуклотрона»  были в центре обсуждения 39-й сессии Программно-консультативного комитета по физике частиц, которая прошла в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна) 10–11 июня 2013 года.

Проекты комплекса и оборудования уже готовы, площадку под строительство, которое начнётся осенью, выбрали. По результатам международного конкурса, в котором участвовало 15 компаний из Европы и Азии, для строительства зданий и сооружений отобрали пять. На отечественных и зарубежных предприятиях уже производят оборудование. На Урале сформирован альянс нескольких предприятий, которые сделают вакуумные камеры и элементы сверхпроводящих магнитов. Польша отвечает за криостаты и вакуумные камеры, Словакия – за систему питания. Китайский Институт физики плазмы готов сделать высокотемпературные сверхпроводящие кабели.

Новый коллайдер должен заработать в 2016 году.