Ускоритель появится в уютном городке
Дубна стоит на Волге. Это аккуратный научный городок с двухэтажными «сталинками» и прямыми улицами. Здесь находится Объединенный институт ядерных исследований — место будущего коллайдера NICA.
Институт — режимный объект, и его строго охраняют. За постом охраны — еще один город в городе. В нем есть свои улицы с названиями. С виду — обычный институт со сложной задачей и домашней атмосферой.
Каждый день в 8 утра сотрудники проходят проверку при входе в лаборатории. После этого они забывают об ограде с колючей проволокой и с головой уходят в поиски загадок Вселенной.
Между корпусами ученые ездят на машинах и велосипедах. В полдень обедают в столовой, сохранившей советский антураж и вкусные щи. В пять вечера ученые заканчивают работу и едут по своим домам — здесь же, в Дубне.
Формально будущий коллайдер займет одно здание. Последнее звено — кольцо, где столкнутся частицы — строится на опушке соснового леса. Остальная работа идет внутри цехов института. Там инженеры собирают сверхпроводящие магниты и тестируют их.
Тысяча сотрудников, создающих коллайдер, — люди с очень высокой квалификацией. Они шутят в перерывах, а во время сосредоточенной работы иногда тихо напевают под нос знакомые мелодии. В современных лабораториях они выращивают на подоконниках цветы в горшках.
25 стран наравне с Россией дают аппаратуру и отправляют сюда специалистов. Бок о бок трудятся опытные доктора наук и молодые ребята с дредами из России, чешские студенты и болгарские профессора, инженеры из стран ближнего зарубежья.
Институт и иностранные участники вкладывают в проект 8,7 миллиардов рублей. Остальные 8,8 миллиардов выделяет Российская Федерация. Примерная базовая стоимость коллайдера — 17,5 миллиардов рублей.
Ученые получили в институте доступ к высоким технологиям. Они прошли жесткий отбор среди лучших, чтобы приложить руку к созданию ускорительного комплекса NICA. Работать на нем они смогут в 2020 году, когда закончится строительство.
Повторятся первые мгновения после Большого взрыва
В первые доли секунд после Большого взрыва наш мир был супом. Кварковым супом. Это сгусток мельчайших элементарных частиц, кварков, из которых складывались первые атомы. Кварки держались между собой на глюонах (английское слово glue – клей). Поэтому суп получил название кварк-глюонной плазмы.
В коллайдере NICA ученые хотят рассмотреть то, чем могла быть наша Вселенная в первые 10-10 –10-6 секунд после зарождения. Для этого они столкнут ионы золота – ядра атомов без отрицательно заряженных частиц (без электронов), которые от удара разлетятся на кварки и превратятся в суп. Это иное агрегатное состояние материи — как отличаются лед от воды, вода от пара.
Жил кварковый суп лишь мгновение и очень давно — 13,8 миллиардов лет назад. Для повторения неповторимого и строится ускоритель — гигантский микроскоп и машина времени.
Появятся новые технологии
Мы много раз слышали слово «коллайдер», но до сих пор толком не знаем, для чего строить эти многомиллионные конструкции. Почему люди хотят понять, как появился мир? За ответом идем к заместителям директора лаборатории физики высоких энергий по научной работе института Юрию Потребеникову и Румену Ценову.
Разговор о глобальном идет за круглым столом, на котором стоит фигурка крылатой богини Ники – символ грандиозных планов института.
— Со времен Древней Греции человек познает законы мира и то, как он устроен. Как много лет уже! — говорит Румен Ценов.
— Не так много, — замечает Юрий Потребеников.
— Не так мало, — мягко парирует Ценов. Кажется, мнения ученых нередко сталкиваются, словно ионы в коллайдере. — Тогда считали, что мир состоит из земли, огня, воды, воздуха. А посмотрите, сколько нам известно теперь и сколько всего у нас есть.
Румен Ценов указывает на мой смартфон и напоминает — без квантовой физики и группы теоретиков-первооткрывателей у меня бы его не было. Именно увлеченные исследователи сумели создать полупроводники — основу современной электроники.
Открытые на ускорителях знания «как что работает» в физике помогли сделать аппаратуру для лучевой терапии, подготовить электронику к радиации и отправить ее на Марс и Венеру. Рамки металлоискателей в аэропортах и то – постпродукт открытий на ускорителях.
— Иногда значимыми оказываются не сами открытия, а то, что происходит вокруг них, — развивает мысль Юрий Потребеников. — Формируется новая среда, появляются новые методы. Наука, как локомотив, тянет за собой другие области.
Это как с высокой модой. Дизайнеры показывают на подиуме что-то непонятное, но явно крутое. Никто не понимает, как это носить и что с этим делать. Мало-помалу вещи от кутюр приобретают практический вид, становятся удобными, носимыми и дешевыми.
Возможности, которые даст нам коллайдер NICA, еще неизвестны. Потому что коллайдера-то пока нет. И он еще не сделал свое открытие.
Поймем пространство и время
— На NICA будут искать новые состояния материи, из которой образовался весь мир, — говорит Потребеников. – Его фундаментальная задача – открыть основы, на которых строилась Вселенная.
— Состояние материи в течение микросекунд после Большого взрыва приблизит к пониманию того, как устроена нынешняя крупномасштабная Вселенная, как распределяется масса в ней и какова ее дальнейшая судьба. Мы поймем пространство и время, — добавляет Ценов.
Ученые загадочно улыбаются в ответ на такие вопросы, но молчат – не хотят заявлять об открытиях, которые еще не сделаны.
В этой области физики еще никто не бывал — неизвестно, что получится в ней найти. Остальные ускорители ушли далеко вперед по уровню энергии, в том числе и Большой адронный коллайдер. Чтобы вернуться, европейцам придется полностью перестраивать ускоритель или собирать новый.
Дубненский проект отправляется на непаханое поле исследований. Возможно, будут найдены новые уровни энергии, которые десятикратно превзойдут существующую ядерную энергетику.
Сначала нужно отыскать важный кусочек пазла – узнать, чем был мир в первые доли секунды после появления. Это пробел в знании человека о его собственном мире. Без него человек не понимает, как мир работает и как им управлять.
— Вы же не можете управлять чем-то, не зная его устройства, правда? – улыбается Потребеников.
Сначала хотелось не согласиться. Я же вожу машину, не зная, что у нее под капотом. Но потом вспомнила свой первый опыт за рулем. Машина на автоматике постоянно глохла – до тех пор, пока мне не объяснили принцип работы автоматической коробки передач.
Как создают Вселенную
Рецепт кваркового супа. Ингредиенты: ионы золота. Разогнать почти до скорости света и столкнуть. Понадобится особый ускорительный комплекс NICA — лазер, магнит, «пушка» для запуска (линейный ускоритель), три огромных магнитных кольца.
- Ионы ученые возьмут из кусочка золота размером с серьгу. В вакууме по нему нужно выстрелить из лазера. Золото испарится и превратится в газ. Ионы отделяются от остальных элементарных частиц магнитом. (Вторая буква NICA — Ion)
- Ионы поместят в «пушку» для запуска и первого ускорения — линейный ускоритель. Институт взял немецкий ускоритель.
- Для большего разгона понадобится круговой ускоритель, первое кольцо «бустер». Его собирают в институте из звеньев — кусков труб из сверхпроводящих магнитов.
- В готовый бустер полетит кучка ионов. Под действием магнитов она организуется в ровный пучок и сильно ускорится.
- Уникальный ингредиент — круговой ускоритель нуклотрон. Обладает нужными скоростями и энергиями, есть только в Дубне. Используется, как база проекта. (Первая буква аббревиатуры NICA: Nuclotron-based)
- В нуклотроне пучок ионов выравнивается и разгоняется почти до скорости света
- Для столкновения нужно третье кольцо, которое называется коллайдер — collide по-англ. «сталкивать». (Третья буква проекта NICA – Collider)
- Ионы в последнем кольце направят в противоположных направлениях. Два встречных потока столкнутся семь тысяч раз в секунду и разлетятся на кварки
- Готовность кваркового супа проверят две многослойные восьмиметровые трубы – два детектора.
А нас не засосет в черную дыру?
Когда в мире появился Большой адронный коллайдер (БАК), пошла волна слухов на тему конца света. Новые опасения возникли и из-за строительства NICA. А вы знали, что ускорители частиц строятся с середины прошлого века? Что в России есть уже два ускорителя, а NICA станет третьим?
Эксперименты с ускорением и столкновением частиц идут вот уже полвека, а катастроф не случилось. Физики из Дубны не устают терпеливо повторять — эксперименты связаны с микроявлениями. Энергии в ускорителях кратно меньше наблюдаемых в природе.
Рядом с кольцами стоят датчики. Они сработают, если пучки частиц начнут разлетаться раньше времени, если скакнет уровень радиации и даже если кто-то наверху лаборатории откроет дверь — доступ к работающему оборудованию запрещен всем. Работа ускорителя при неполадке автоматически прекратится.
Как только коллайдер отключается, радиации больше нет. Через пару-тройку часов к нуклотрону или бустеру можно даже водить экскурсии.
Создание ускорителя NICA идет по плану. В 2020 году коллайдер заработает, а полную мощь разовьет спустя три года. Эксперименты с частицами, которые проведут в Дубне, раскроют загадки природы и основы мира. Человек получит мощный инструмент для преобразования своей жизни.
- Какие плюсы от строительства коллайдера NICA в России
- Появятся инновации в медицине, оборонке, космической области
- Подтолкнет развитие технологий
- Откроет новые физические явления
- Поможет понять Вселенную
- Продвинет российскую науку
- Привлечет инвестиции и иностранных специалистов
