Коллайдер превращает золото в кашу из кварков и глюонов

Сверхпроводящий коллайдер тяжелых ионов NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) с периметром каждого из двух колец в 503 метра создается в подмосковной Дубне на базе Нуклотрона – первого и пока единственного сверхпроводящего ускорителя, построенного в России после развала СССР.

Проект коллайдера NICA Объединенного института ядерных исследований (Дубна) – один из трех научных мегапроектов, отобранных правительственной комиссией по высоким технологиям и инновациям. Его бюджет оценивается в 15 миллиардов рублей.

Разгонять тяжелые ионы золота до почти световых скоростей будут сначала два предускорителя – бустер и Нуклотрон. Из Нуклотрона ускоренные частицы направят в кольца коллайдера, имеющие две точки пересечения, где будут сталкиваться летящие навстречу друг другу пучки тяжелых ионов. Все, что произойдет в точках столкновения, зафиксируют два детектора – многоцелевой MPD (Multi-Purpose Detector) и спиновый SPD (Spin Physics Detector).

Разгонять тяжелые ионы золота до почти световых скоростей будут сначала два предускорителя – бустер и Нуклотрон. Из Нуклотрона ускоренные частицы направят в кольца коллайдера, имеющие две точки пересечения, где будут сталкиваться летящие навстречу друг другу пучки тяжелых ионов.

Коллайдер NICA и детектор MPD предназначены для поисков смешанной фазы ядерной материи – каши из кварков и глюонов, что заварилась в первые микросекунды после Большого взрыва, родившего нашу Вселенную. Остывая, каша образовала протоны и нейтроны, из них – ядра, из ядер и электронов – атомы, из атомов – химические элементы и всех нас, в конце концов.

Поиск области смешанной фазы ядерной материи – не по зубам ускорителям сверхвысоких энергий вроде Большого адронного коллайдера: их энергии слишком высоки для такой задачи. Все равно что, мчась на ракете, пытаться разглядеть ромашку на лугу. Если снижать энергию ускорителя по сравнению с проектной, как сделали в Брукхейвене на коллайдере тяжелых ионов RHIC, то могут ухудшаться другие параметры пучка.

Чтобы найти и исследовать заветную область фазовой диаграммы, нужны чудовищная плотность частиц и энергии. Физики предполагают, что смешанная фаза находится в температурных пределах (плотность энергии) – 240-310 МэВ на кубический фемтометр при барионной плотности 0,09-0,16 единиц на кубический фемтометр. (Один фемтометр в миллион раз меньше одного нанометра. 1фм = 10-15 м.)

Детектор SPD нацелен на поиск тонких эффектов спиновой физики, которые должны расширить наши знания о свойствах кварков внутри протонов и нейтронов.

Чтобы найти и исследовать заветную область фазовой диаграммы, нужны чудовищная плотность частиц и энергии. Физики предполагают, что смешанная фаза находится в температурных пределах (плотность энергии) – 240-310 МэВ на кубический фемтометр при барионной плотности 0,09-0,16 единиц на кубический фемтометр.

В 90-е годы Нуклотрон построили и запустили героическими усилиями смекалистых физиков и инженеров ОИЯИ, но из-за хронического недофинансирования науки до проектных параметров тогда не довели.

За последние два года молодое поколение физиков и инженеров Объединенного института сумело справиться с нерешенными десять лет назад проблемами. Словом, все системы Нуклотрона – от вакуумной до источника ионов – претерпели коренную модернизацию, и магнитное поле ускорителя достигло, наконец, своей проектной мощности 2 Тесла. «Если перед началом модернизации лишь 20 процентов времени очередного сеанса отдавали физикам для проведения экспериментов, а 80 процентов уходило на ремонт и наладку систем ускорителя, то после модернизации эта пропорция стала обратной. Радикально обновленный Нуклотрон стал хорошо и надежно работающей машиной», – так охарактеризовал состояние ускорителя заместитель директора Лаборатории физики высоких энергий член-корреспондент РАН Григорий Трубников.

Модернизация Нуклотрона завершила первый этап международного проекта NICA. Параллельно велась разработка конструкций детекторных установок и зданий ускорительного комплекса. Разработанные в Дубне прототипы сверхпроводящих магнитов коллайдера испытаны и будут переданы в серийное изготовление трем подмосковным предприятиям.

К концу декабря нынешнего года должен быть готов полный технический проект ускорительного комплекса, затем он проследует на экспертизу. Ожидается, что уже в начале 2013 года конкурсная комиссия объявит международный тендер на сооружение зданий и инфраструктуры коллайдера NICA. В группу стран-участниц проекта NICA уже вошли Россия, Германия и Беларусь. Выразили желание присоединиться к ним Украина и ЮАР, чтобы внести свой вклад в проект разработкой и изготовлением «железа» установок. Уже два года ОИЯИ сотрудничает в рамках проекта NICA с ЦЕРНом. Европейские коллеги передали дубнинским физикам камеры для детектора MPD и системы планирования проекта, делятся технологиями.

В конце 2013 года в Дубне ожидается пуск нового инжектора тяжелых ионов для коллайдера NICA.