Россия строит свой суперколлайдер

Интерес к смешанной фазе существует и у экспериментаторов из Брукхейвена (США), но при сверхвысоких энергиях ускорителя RICH переход просто невозможно заметить. В настоящее время там ведется работа по модернизации ускорителя с целью понижения энергии сталкивающихся ионов и одновременного повышения плотности взаимодействия ядер. Эти моменты учтены при разработке концептуального дизайна будущего ускорительного комплекса в Дубне. При столкновении ядер золота будет образовываться "сгусток" материи с высокой плотностью и температурой. Плотность вещества в таком "сгустке" по прогнозам будет в 7-10 раз превышать плотность обычной ядерной материи. Затем он будет расширяться и остывать, начнет происходить образование элементарных частиц, которые будет фиксировать многоцелевой детектор MPD. По полученным распределениям можно будет судить о свойствах новых состояний материи, которые возникли на различных этапах соударения ядер.

У проекта NICA/MPD есть конкуренты среди ведущих научных центров Германии, Швейцарии и США, так как эксперимент очень актуален, но у ОИЯИ уже имеется богатый опыт строительства крупных ускорительных комплексов. Еще в конце 1950-x на территории института был построен Синхрофазотрон, который мог ускорять пучки протонов до рекордных для того времени энергий, достигнутых на ускорителях, - 10 гигаэлектронвольт. А в 1992 году в здании устаревшего к этому времени Синхрофазотрона на основе технологии сверхпроводящих магнитов был построен новый ускоритель - Нуклотрон, способный ускорять ядра вплоть до ядер железа.

В настоящий момент он является базовой установкой ОИЯИ. Создание нового ускорительного комплекса предполагается осуществить поэтапно, уже началась модернизация основных систем Нуклотрона, на базе которого планируется строительство коллайдера.

Работа ускорителя

Схематично работа ускорительного комплекса будет выглядеть так. Источник тяжелых ионов КРИОН посылает ободранные от электронов ядра в линейный ускоритель, где пучок ядер получает начальное ускорение до энергии 5-6 МэВ на нуклон, и передается в бустер синхротрона, где энергия частиц пучка поднимается до значения, когда уровень потерь на остаточном газе в Нуклотроне становится приемлемым. Бустер аккумулирует несколько сгустков из источника и передает их в Нуклотрон, который в свою очередь аккумулирует сгустки из бустера и разгоняет их до энергий 3,5 ГэВ на нуклон. Источник тяжелых ионов, линейный ускоритель, бустер и Нуклотрон составляют инжекционный комплекс коллайдера. Его задача – доставить частицы непосредственно в кольца коллайдера. Для получения проектных характеристик в каждом кольце должно быть накоплено около 15 миллиардов ионов золота, которые будут разгоняться на встречу друг другу.

Накопление осуществляется за счет многократной инжекции ядер соответствующим комплексом. Время такого накопления может составлять до 1 часа, но после его окончания эксперимент может проводиться бесконечно долго с восполнением потерь ионов и охлаждением пучка. Длина кольца коллайдера составит 251 метр. В двух точках пересечения колец будут установлены детекторы. Один из них – многоцелевой детектор (MPD), задачей которого будет фиксация наличия смешанной фазы и других эффектов, которые удастся обнаружить в этой области энергий. Другой детектор предназначен для спиновой программы исследований.

Основной проблемой детектирования продуктов столкновения тяжелых релятивистских ядер является огромное множество рождающихся частиц, не все из которых одинаково "полезны" для решения поставленной физической задачи. Поэтому в MPD будет включено несколько основных систем детектирования, задачей которых будет фиксировать траектории, энергии и время пролета рождающихся частиц. Только совокупность данных сможет дать возможность правильно расшифровать информацию о том, какая частица родилась в результате взаимодействия ядер. Также необходим высокий уровень чувствительности детектора, что требует принципиально новых технологических решений. Проведение эксперимента на встречных пучках, а не на фиксированной мишени, как у главного конкурента NICA/MPD проекта FAIR (Германия), даст возможность фиксировать частицы, вылетающие по всем направлениям из точки соударения пучков. Эксперимент на мишени не сможет дать полного обзора, и в тени могут оказаться искомые события.

Начальная стадия проекта

В настоящее время проект NICA находится на стадии развития. Ведутся работы по модернизации ускорителя Нуклотрона – доведение его параметров до предельно возможных, созданы прототипы детекторов, которые войдут в состав MPD. Идет разработка технических параметров ускорительного комплекса, деталей коллайдера и исследования характеристик детекторов на пучках Нуклотрона. Затем наступит стадия конструкторской разработки, строительство бустера и колец коллайдера. Работы должны завершиться к концу 2012 года. По их окончанию будет проводиться монтаж элементов ускорителя и детектора MPD. При достаточном финансировании завершить строительство ускорительного комплекса NICA/MPD планируется в 2015 году. Общая стоимость проекта составит порядка 200 млн долл., финансирование будет осуществляться за счет бюджета ОИЯИ, который состоит из вклада 23 стран-участниц этого международного исследовательского центра, а также дополнительного государственного финансирования программы физики тяжелых ионов.

Проект будет иметь не только научное, но и практическое значение. Это отличная база для создания и испытания новых технологий, а новые и интересные задачи смогут привлечь молодежь в российскую науку.

Анна Максимчук,
научный сотрудник ОИЯИ,
специально для R&D.CNews.ru