В Дубне строят ускоритель, который поможет разгадать тайны материи

29 марта 2012
Схема проекта NICA

Давно в России не строили крупные экспериментальные установки, способные привлечь внимание ученых разных стран! И вот наконец свершилось. Сегодня научный мир говорит не только о Большом адронном коллайдере под Женевой, но и его "младшей сестре" - новом ускорителе NICA, который создается в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне.

Это пока единственный ускоритель тяжелых ионов на территории Европы, и интерес к нему столь велик, что "Белая книга проекта NICA", открытая ОИЯИ на специальном сайте, активно пополняется интереснейшими идеями и предложениями, которые затем широко обсуждаются на международных конференциях. Ученые с нетерпением ждут ввода в действие дубненского ускорителя, как ждали когда-то запуска женевского БАКа. Новая установка должна заработать в 2015 году, но она уже получила высокое признание. Не только в мире! Пророк на этот раз признан и в своем отечестве: в марте были названы новые лауреаты Премии правительства РФ в области науки и техники, и в их числе - группа сотрудников Объединенного института ядерных исследований во главе с директором, академиком Алексеем Сисакяном.

В первых числах мая будет ровно год, как не стало академика Сисакяна, чья жизнь оборвалась внезапно, в самом расцвете творческих замыслов. Вот и NICA была его любимым детищем, на которое он возлагал большие надежды. На старте проекта Алексей Норайрович суеверно оберегал его от чрезмерного любопытства журналистов, но когда контуры будущего ускорителя стали уже вполне определенными, охотно говорил о нем, с готовностью согласился рассказать о строящейся установке и ее задачах широкой публике на Фестивале науки в Москве. Лекция академика Сисакяна предполагалась в актовом зале Фундаментальной библиотеки МГУ в октябре 2010-го...

Если бы не тяжелые потери (ОИЯИ прощался в тот год еще и с академиком Альбертом Тавхелидзе), 2010-й можно было бы назвать одним из самых ярких в истории Объединенного института ядерных исследований. Чего стоит хотя бы синтез 117-го элемента Периодической таблицы Д. И. Менделеева! Уникальный эксперимент, проводившийся в партнерстве с американскими коллегами (берклий-249 для мишени был наработан Национальной лабораторией в Окридже), успешно завершился в конце февраля, и результат, полученный в лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова, был признан одним из лучших мировых достижений науки в 2010 году.

Открытие нового сверхтяжелого элемента позволило сделать еще один шаг к так называемому "острову стабильности" на карте изотопов, что раздвигает границы материального мира. Неслучайно ученые сравнили синтез 117-го с открытием новой Вселенной! Эта работа вызвала такое воодушевление у исследователей во всем мире, что американцы приняли беспрецедентное решение: они обещали вне плана подготовить для Дубны новую порцию берклия, чтобы мишень для очередного эксперимента была готова уже к концу декабря этого года. К участию в эксперименте, кроме Окриджской и Ливерморской лабораторий, подключается еще и Аргоннская лаборатория в США.

2010 год стал важным этапом и для будущего ускорителя NICA, который был задуман в свое время в общем-то в условиях чрезвычайного минимума средств на науку. "Хитрость" в том, что этот проект опирается на уже существующую базу - нуклотрон, построенный в Дубне в самом начале 1990-х. Именно такая основа, значительно сокращавшая затраты, позволила дать зеленый свет новому проекту, но чтобы он стал реальностью, потребовалась основательная модернизация нуклотрона. На это и были максимально положены силы физиков целого ряда научных центров, "заболевших" ускорителем NICA так же, как их коллеги из ОИЯИ. Так вот, минувший год, можно сказать, вывел проект на финишную прямую: модернизированный нуклотрон уже отвечает проектным параметрам, вовсю идет испытание магнитов для бустера и будущего ускорителя тяжелых ионов. Более того, в ближайшие месяцы предполагается осуществить три сеанса на нуклотроне...

Так что же такое NICA, чье название созвучно имени богини победы? Можно не сомневаться, что такая аналогия наверняка учитывалась физиками, когда составляли аббревиатуру, а расшифровывается она вполне прозаически: Nuclotron-based Ion Collider fAcility. Иначе говоря, уже в названии подчеркивается, что это ускоритель на основе нуклотрона. Примерная схема такова: из источника тяжелых ионов пучок направляется в линейный ускоритель, оттуда в бустер, где ядра разгоняются до нужной энергии. Это первое кольцо нового ускорителя, оно меньше, чем кольцо нуклотрона, куда перемещается пучок ядер, попадающий под мощное воздействие сверхпроводящих магнитов. В кольце предусмотрены точки, где частицы с колоссальной скоростью летят уже навстречу друг другу, и эта фаза столкновения встречных пучков фиксируется специальными детекторами, они должны "засечь" частицы, вылетающие из точки чудовищной силы удара.

Именно эти частицы представляют колоссальный интерес для исследования природы Вселенной. Фактически перед ускорителем NICA ставится такая же задача, как перед Большим адронным коллайдером, неслучайно дубненскую установку называют его "младшей сестрой". Но есть и существенная разница между этими машинами: ускоритель NICA не просто гораздо меньше по размерам и затратам, ему требуются и другие мощности - куда более скромные, чем БАКу. А это означает, что NICA может решать задачи, которые не доступны гигантскому коллайдеру в ЦЕРНе. Почему?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо понять, к чему вообще стремятся физики со своими ускорителями. Они хотят исследовать свойства ядерной материи: из чего она состоит, как формировалась, что предшествовало той фазе, которая создала физический мир таким, каким мы его знаем сегодня? Поиск ответов на эти вопросы - фундаментальная задача современной физики высоких энергий. Считается, что первые мгновения после Большого взрыва мельчайшие частицы - кварки и глюоны - существовали в свободном состоянии. На каком-то этапе в бурлящем "супе" первобытного вещества была смешанная фаза адронной материи (то есть нейтронов и протонов), она должна была включать одновременно и свободные кварки, и глюоны, и протоны с нейтронами, внутри которых кварки уже связаны, склеены глюонами. Но что притянуло их навстречу друг другу? Если понять, что происходило миллиарды лет назад при зарождении материи, можно разгадать тайну, которую представляет собой Вселенная.

Мощности, при которых предполагается разгонять частицы на Большом адронном коллайдере, таковы, что можно зафиксировать лишь нейтроны и протоны, а вот различить кварки уже не получится. Зато это доступно ускорителю NICA, его меньшая мощность в данном случае работает на физиков. Выходит, NICA может заглянуть в прошлое Вселенной гораздо дальше, чем Большой адронный коллайдер. По мнению специалистов, уже сейчас ясно, что с помощью ускорителя тяжелых ионов можно объяснить немало загадок, волнующих астрофизиков. Но параметры установки дают возможность и для решения целого ряда прикладных задач! Для медицины, например, или для биомедицинских исследований, для создания новых методов диагностики, конструирования новых материалов и т. д. Неслучайно "Белая книга проекта NICA" постоянно пополняется новыми страницами, и идеи, высказываемые учеными разных стран, помогают значительно обогатить возможности нового ускорителя.

Они видятся исследователям столь перспективными, что в некоторых странах уже задумались о создании аналогичного ускорителя тяжелых ионов. Над подобным проектом, в частности, работают в Центре по исследованиям с тяжелыми ионами в Дармштадте, идея заинтересовала ученых Брукхейвенской лаборатории в США, она оказалась привлекательной и для ЦЕРНа. Но NICA все равно пока вне конкуренции, она интересует как маститых ученых, так и молодых исследователей. В этом году, кстати, ОИЯИ собирается максимально привлечь к своему проекту научную молодежь из разных стран, с этой целью решено проводить школы по физике на коллайдере NICA. Первая такая международная встреча предполагается в Дубне уже в апреле-мае.

А ведь это именно то, о чем мечтал академик Сисакян. В интервью нашей газете он сказал, что существует лишь один действенный рецепт, способный предотвратить утечку умов: надо не бояться по-настоящему крупных, ярких проектов, они всегда привлекательны для исследователей. "Нам надо строить крупные ускорители, большие телескопы, современные лаборатории, - считал он, - это будет самым большим стимулом для ученого, который получит возможность работать в полную силу. Вот основная мотивация - возможность для самовыражения в науке, проведения экспериментов, опробования полученных результатов... Не будет этого - люди будут уезжать, даже если им начнут платить вполне приличную зарплату".

Ускоритель NICA - как раз один из таких проектов, и потому не могу удержаться, чтобы не процитировать еще одно стихотворение поэта и ученого Алексея Сисакяна:

Пожелаем новых успехов блистательному институту, который отметил в прошедшую субботу 55-летие. Минувшая неделя вообще была насыщена большими событиями в ОИЯИ, где прошла юбилейная научная сессия. В тот день, кстати, Объединенный институт ядерных исследований обрел нового руководителя. Директором этого крупнейшего научного центра был единогласно избран академик Виктор Анатольевич Матвеев. Кстати, а ведь имя Виктор означает "победа" - как и название уникального ускорителя NICA, который строится под Москвой, в городе ученых Дубне.