В Новосибирске вот уже 15 лет существует электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2000. Коллайдер — это ускоритель частиц, а ВЭПП расшифровывается как «встречные электрон-позитронные пучки». Именно их изучением и занимаются ученые в Академгородке.
Зачем нужен и как работает коллайдер в Новосибирске
Конкретно в этом коллайдере сталкиваются электроны и позитроны. Их столкновение вызывает микровзрывы — аннигиляциию — в которых появляются еще меньшие частицы. Их измеряют, описывают и изучают. Это помогает ученым расширять представления о мире и понимать природу на самом фундаментальном уровне. Коллайдер ВЭПП-2000 в Новосибирске создали для изучения физики электромагнитных взаимодействий в области низких энергий — о них сегодня известно очень мало.
Именно на ВЭПП-2000 специалисты Института ядерной физики первыми в мире измерили структуру нейтрона и его античастицы (антинейтрона). Ранее о структуре этой пары ничего не было известно.
Здесь же изучаются и позитроны (античастицы электронов). Они создаются на специальной установке в отдельном здании и летят 400 метров по подземному тоннелю. В процессе на 100 электронов рождается по 3−4 позитрона — это мировой рекорд. Далее электроны и позитроны объединяются в пучки частиц длиной 3−4 сантиметра. Такие пучки попадают в накопитель, где их разгоняют до огромных скоростей. Далее, при вращении в коллайдере, они сталкиваются.
Уникальность коллайдера в Новосибирске заключается в возможности исследования на нем свойств легких элементарных частиц (электронов и позитронов). Именно здесь было получено 45−50% знаний человечества о частицах низких диапазонов.
«За счет понимания принципа работы и модернизации коллайдера ВЭПП-2000 мы достигли рекордной производительности и высокой надежности нашей установки. Фактически, мы стали обладателями самого большого объема данных в мире после его двукратного увеличения», комментирует заместитель директора по научной работе ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Иван Борисович Логашенко.
Зачем вообще изучать эти частицы?
Хотя на первый взгляд и может показаться, что коллайдер бесполезен для людей, которые не связаны с наукой — это не так. Ученые делают новые открытия и развивают технологии именно благодаря сложности физической науки. Так, именно в ходе развития коллайдера в Новосибирске ученым удалось создать уникальный датчик для рентгенографических аппаратов. Благодаря ему можно будет делать рентген дважды в день, а доза облучения останется ничтожной.
Также ученые рассчитывают, что в последующем на коллайдере будет получена новая важная научная информация. Физики будут с лучшей точностью измерять те физические процессы, которые уже ранее изучались. Например, аннигиляция электрон-позитронной пары в адроны. На установке ВЭПП-2000 могут рождаться разные типы частиц.
Другие уникальные коллайдеры
Неподалеку от ВЭПП-2000 в наукограде Кольцово под Новосибирском возводится коллайдер СКИФ — Сибирский кольцевой источник фотонов. Это уже более масштабный проект, основанный на опыте строительства и эксплуатации ВЭПП-200. Конструкция расположится в 34 корпусах, а длина ускорительного кольца составит 476 м.
В мире уже есть подобные установки, но эта — уникальная. У нее будет самый яркий пучок фотонов. Это позволит лучше изучать движение частиц и делать новые открытия. К тому же, на установке смогут работать ученые со всей страны и даже мира, не дожидаясь очереди на испытания в иностранных институтах. Запуск СКИФ ожидается во второй половине 2024 года.
ВЭПП-2000 и СКИФ — не первые масштабные проекты России в области физики частиц. В 1957 году в Дубне запустили самый мощный на тот момент в мире ускоритель заряженных частиц — синхрофазотрон. Он был способен разгонять протоны до рекордной энергии 10 ГэВ (десять миллиардов электронвольт). Проект закрыли в 2002 году, но на его месте спроектировали еще более мощную установку — Сверхпроводящий коллайдер протонов и тяжелых ионов NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility).
Это прямой наследник советского синхрофазотрона. Огромный магнитовод, служивший основой этой устновки, использовали для строительства одной из ступеней комплекса NICA. Его уже называют «младшим братом» Большого адронного коллайдера. В июне 2024 состоялся технический запуск устройства.
Всемирно известный БАК (большой адронный коллайдер) работает по принципу ускорения заряженных частиц на встречных пучках. Он предназначен для разгона протонов и тяжелых ионов, а также изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен недалеко от Женевы, на границе Швейцарии и Франции. БАК уже установил несколько рекордов, например, сегодня он является самой большой экспериментальной площадкой в мире, а температура внутри коллайдера ниже температуры космоса почти на полтора градуса, и может достигать −270 °C.
