Как перестать бояться и полюбить коллайдер

Где находятся российские коллайдеры, как ускорители частиц помогут в борьбе с раком и как повлияет международный проект NICA на российскую науку, рассказывает корреспондент Indicator.Ru, побывавший на XXV Всероссийской конференции по ускорителям заряженных частиц, проходившей 21-25 ноября в Санкт-Петербурге.

Конференция была посвящена современным тенденциям в ускорительной науке и технике. В частности, на ней говорили и об одной из разновидностей ускорителей — коллайдерах. Это установки, которые позволяют изучить продукты соударений частиц встречных пучков. В процессе таких соударений ученые фиксируют новые частицы или их следы, что помогает понять фундаментальные принципы строения Вселенной. Самым знаменитым коллайдером безусловно является Большой адронный коллайдер (LHC), расположенный в CERN. Однако есть и другие. Всего в мире на данный момент существует шесть коллайдеров, два из них находятся в России, а совсем скоро запустится и третий — коллайдер NICA в подмосковной Дубне.

Триллион для ускорителей

NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) — это международный проект по исследованию критических состояний ядерной материи в экстремальных условиях с использованием высокоинтенсивных пучков тяжелых ионов. Коллайдер строится на базе Объединенного института ядерных исследований совместно с учеными из 26 стран мира и 70 институтов. Основная цель экспериментов на новом коллайдере — изучение свойств плотной барионной материи (состоящей из протонов, нейтронов и электронов под высоким давлением) и кварк-глюонной плазмы — состояния вещества, в котором предположительно пребывала наша Вселенная первые мгновения после Большого взрыва. Кроме этого, с помощью NICA планируются исследования в области материаловедения, нано- и пикотехнологий, медицины, биологии, электроники, программ Роскосмоса, ядерной энергетики и безопасности, криогенной и сверхпроводящей техники.

«Если говорить о прикладном использовании результатов нашего труда, сразу хочется назвать цифру в триллион долларов — это объем рынка технологий, которые используют ускорители частиц, — отмечает руководитель проекта NICA академик РАН Григорий Трубников. — В нашем случае речь пойдет в большей степени о медицине: планируется использовать пучки для облучения раковых опухолей, а также стерилизации еды и оборудования».

В 2013 году проект NICA стал одним из шести mega-science проектов, которые планируется реализовать на территории России в ближайшее десятилетие. В марте 2016 года в Дубне заложили первый камень в основании комплекса. Коллайдер NICA — первый для России опыт стройки такого уровня. К сожалению, все чаще такие крупные научно-исследовательские проекты превращаются в классические «долгострои». Один из примеров — термоядерный реактор ITER, стоимость и сроки сдачи которого сдвигаются из года в год. «Что касается коллайдера NICA, здесь нет поводов для беспокойства, стройка движется по плану, сейчас инженеры испытывают уже смонтированные сваи, которые будут находиться непосредственно под коллайдером», — прокомментировал Павел Логачев, директор Института ядерной физики (ИЯФ) имени Г.И. Будкера СО РАН.

«Проект такого масштаба возможно реализовать, только объединив усилия научных школ и уникальных технологических производств, ведущих исследовательских центров нашей страны. Это по-настоящему международный проект, который в данный момент сооружают 26 стран мира на базе ОИЯИ в Дубне», — прокомментировал Григорий Трубников. Из российских организаций в проекте принимают участие Институт ядерных исследований РАН, НИЦ «Курчатовский институт», институты Росатома, НИИ ядерной физики МГУ и Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН.

Очарованные и прелестные

На данный момент в России уже действуют два коллайдера — ВЭПП-2000 и ВЭПП-4. Они находятся в Новосибирске. В обоих коллайдерах исследователи сталкивают пучки электронов и позитронов, которые аннигилируют, порождая новые частицы.

Кроме этого, год назад ИЯФ запустил первую очередь ускорительного комплекса для изучения столкновений встречных пучков электронов и позитронов «Комплекс ВЭПП-5». Он позволяет объединить исследования, которые ведутся на ВЭПП-2000 и ВЭПП-4. ВЭПП-5 является частью проекта «Супер чарм-тау фабрика» (Super C-tau Factory), который предназначен для исследования частиц, содержащих очарованные — charm — и прелестные — beauty — кварки. «Супер чарм-тау фабика» — это строящийся коллайдер, который, в отличие от всех имеющихся на данный момент в распоряжении ученых установок, поможет взглянуть на процессы, выходящие за рамки Стандартной модели (одна из основных теорий в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех частиц).

Зачем нам коллайдеры?

Подобные исследовательские комплексы создают условия для изучения самых актуальных фундаментальных проблем человечества: загадки эволюции Вселенной после Большого взрыва, поведения ядерной материи в экстремальных состояниях, природы нейтронных звезд и физики спина.

Несмотря на то, что прошедшая конференция названа Всероссийской, в ней участвовали представители 13 стран. «Здесь у нас проходили встречи с исследователями и инженерами из Германии, Китая и даже ЮАР, был также делегат из CERN», — отметил доктор физико-математических наук Дмитрий Овсянников, заведующий кафедрой теории систем управления электрофизической аппаратурой СПбГУ.

По мнению участников конференции, реализация на территории России этого проекта позволит привлечь для экспериментов ученых из многих стран мира и открыть возможности для молодых исследователей из России, что, в свою очередь, приведет к повышению уровня отечественной науки в целом.

«Самое важное сейчас для нас — это новые люди, свежие головы. Мы проводим конференцию в стенах университета, в ней с докладами приняло участие более 70 молодых ученых, студентов и аспирантов. Строительство новых установок класса mega-science дает им возможность "обкатать" результаты своих расчетов, попробовать себя в науке. Да, порой после окончания исследования студенты и аспиранты уходят в промышленность, но таким образом происходит развитие общества. Работа с молодежью сейчас самое приоритетное направление», — отметил Сергей Иванов, директор Института физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт».

Автор — Елизавета Дубовик