Строение вселенной, неисчерпаемая энергия, новый космический двигатель. Достижения и планы сибирских физиков

Супер С-Тау фабрика для обнаружения Новой физики, помощь Большому адронному коллайдеру в решении проблемы «порчи вакуума», создание управляемой термоядерной реакции и установка СМОЛА — в Институте ядерной физики СО РАН подвели итоги года и рассказали о международных проектах ближайшего будущего.

Тайга.инфо кратко пересказывает выступления заместителей директора ИЯФ — Евгения Левичева, Юрия Тихонова и Александра Иванова.

Супер С-Тау фабрика

ИЯФ последовательно продолжает разработку проекта Супер С-Тау фабрики, которая должна стать одной из трех флагманских исследовательских машин в мире, изучающих строение природы вещества и вселенной, наряду с Большим адронным коллайдером (БАК) и Супер Б-тау фабрикой, действующей в Японии. Эти три машины будут дополнять друг друга, что повысит шансы на обнаружение Новой физики (новых частиц и явлений, не описываемых Стандартной моделью).

До недавнего времени мейнстримом в физике элементарных частиц было увеличении скорости и энергии сталкивающихся пучков — для поиска всё более тяжелых частиц (в микромире энергия сталкивающихся частиц переходит в массу рождающихся, чем выше скорость пучков — тем более тяжелые частицы можно получить). Это приводило к необходимости строить всё более масштабные ускорители, «вершиной» которых стал БАК в ЦЕРНе. На нем был обнаружен предсказанный теорией бозон Хиггса, однако признаков Новой физики не появилось.

140674 В новосибирске испытали аэрогель для будущего коллайдера. Это фантастика

Внимание физиков переключилось на другое направление — увеличивать не скорость пучков, а количество частиц в них, чтоб искать необычные и редкие события в интересных областях энергии. Ускорители, которые могут обеспечить большое число столкновений (или «светимость») называются фабриками.

ИЯФ имеет необходимый опыт и наработки для создания такой фабрики в области энергий, где рождаются С-кварки (c — сharm, «очарованные») и тау-лептоны.

Правительство России поставило условием реализации проекта участие зарубежных партнеров в создании С-Тау фабрики (чиновники не очень понимают проблемы физики элементарных частиц, поэтому участие зарубежных лабораторий было бы для них значимым критерием важности проекта). Но это условие сталкивалось с проблемой «курицы и яйца» — зарубежным лабораториям трудно вкладываться в проект, который еще не финансируется российским правительством.

Эта проблема была решена. Во-первых, интерес физиков к созданию С-тау фабрики настолько высок, что спонтанно собралось крупное международное совещание по этой проблеме в университете Париж-Юг (L’Université Paris-Sud) в Орсэ. Еще одну встречу решили провести в России, а следующую — в Китае (там тоже изучается возможность строительства С-Тау фабрики).

Во-вторых, ученые ИЯФ рассчитывают, что часть гранта Еврокомиссии на развитие больших научных инфраструктур Европы и России будет направлена именно на проект Супер С-Тау фабрики. Этот грант получат европейские лаборатории, но они смогут его тратить на разработку проекта новосибирского коллайдера, не дожидаясь решения российского правительства.

143518

Кроме того, специалисты института существенно улучшили показатели проекта, что позволило уменьшить планируемый периметр проектируемой установки с 800 м до 500 м (это существенно снижает стоимость проекта) без потери качества.

Супер С-Тау фабрика позволит не только искать отклонения от Стандартной модели. Результаты измерений на ней позволят интерпретировать данные на Супер Б-Тау фабрике в Японии и на Большом адронном коллайдере.

Работа двух действующих коллайдеров ИЯФ

В ИЯФ сейчас действует два из семи работающих в мире коллайдеров — ВЭПП-2000 и ВЭПП-4 М. Данные, которые получаются на них, необходимы для готовящихся экспериментов по поиску новой физики Muon (g-2) (США) и E34 (Япония). Смысл состоит в том, что Стандартная модель позволяет теоретически предсказать лишь ограниченное число величин, доступных измерению в эксперименте. Например, чтобы высчитать теоретически массу протона, не хватит всех компьютеров мира. Но она легко находится в эксперименте.

Стандартная модель позволяет с высокой точностью вычислить аномальный магнитный момент мюона. Зато его трудно измерить. Чтобы «очистить» экспериментальные значения аномального магнитного момента мюона от «шума» других событий, необходимы результаты тех наблюдений, которые ведутся на ускорителях ИЯФ. Если этот аномальный магнитный момент окажется отличным от предсказанного Стандартной моделью, значит, есть «новая физика».

Помощь Большому адронному коллайдеру

Большой адронный коллайдер в 2018 году ушел на модернизацию и подготовку к следующему этапу экспериментов. ИЯФ, создавший для него много важного оборудования, сейчас занимается решением проблемы «порчи вакуума». Синхротронное излучение, которое производят пучки частиц, «бегающие» по кольцу БАК, «выбивает» из стенок коллайдера атомы, и они портят вакуум. Для экспериментов необходимо, чтобы внутри кольца был космический вакуум.

139941

На ВЭПП-2000, работающем в сибирском институте, параметры синхротронного излучения такие же, как на БАК, что позволяет исследовать вопрос — какое покрытие стенок будет давать меньше выбросов атомов. В ИЯФ создан специальный стенд, на котором будут исследоваться разные покрытия.

Ловушка для плазмы и новый космический двигатель

Не остается Институт ядерной физики в стороне и от столь перспективного направления, как создание управляемой термоядерной реакции, способной дать человечеству практически неисчерпаемый источник энергии. Для этого необходимо научиться удерживать достаточно плотную и очень горячую плазму.

В ИЯФ создана установка СМОЛА (Спиральная магнитная открытая ловушка), в которой плазму удерживает спиральное магнитное поле. Побочным следствием ее разработки стало принципиальное подтверждение возможности конструирования плазменного реактивного двигателя для космических перелетов.

Кроме того, сибирские физики выяснили, что для хороших параметров плазмы не нужен столь высокий вакуум, как считалось ранее. Это позволит существенно удешевить будущие установки для управляемого термоядерного синтеза.

Подготовил Алексей Мазур