Accelerator în rusia. Proiectul nica (nuclotron-based ion collider facility). Institutul comun pentru cercetare nucleară (jinr) din dubna, în apropiere de moscova

Un accelerator de particule din Rusia accelerează particule în fascicule opuse (collider vine de la cuvântul collide). A fost necesar să se studieze produsele ciocnirii acestor particule între ele, pentru ca oamenii de știință să dea o energie cinetică puternică particulelor elementare de materie. Ei s-au ocupat și de coliziunea acestor particule, direcționându-le una împotriva celeilalte.

Istoria creației

Coliziunile pot fi de mai multe tipuri: coliziuni inelare (de exemplu, Large Hadron Collider de la CERN din Europa), coliziuni liniare (ILC planificat), Large Hadron Collider.

Ideea de a profita de coliziunile fasciculelor a fost teoretizată cu câteva decenii în urmă. Viderøe Rolf, un fizician norvegian, a obținut în 1943, în Germania, un brevet pentru ideea de a ciocni fascicule. A fost publicată abia zece ani mai târziu.

În 1956, Donald Kirst a propus utilizarea coliziunilor cu fascicule de protoni pentru a studia fizica particulelor elementare. În timp ce Gerard O`Neill s-a gândit să folosească inele de stocare pentru a produce raze intense.

Lucrările la proiectul acceleratorului au început simultan în Italia, Uniunea Sovietică și Statele Unite (Frascati, INP, SLAC). Primul accelerator care a fost lansat a fost acceleratorul de electroni și pozitroni AdA, condus de Tushekavo Frascati.

Cu toate acestea, primul rezultat a fost publicat abia un an mai târziu (în 1966), în comparație cu rezultatele observării împrăștierii elastice a electronilor pe VEP-1 (1965, URSS).

.

Acceleratorul de Hadroni de la Dubna

VEP-1 (contra-fascicul de electroni) este o mașină care a fost creată sub îndrumarea clară a lui G. И. Budker. După ceva mai mult timp, fasciculele au fost produse la acceleratorul din Statele Unite ale Americii. Toate aceste trei coliziuni au fost coliziuni de testare, ele au servit la demonstrarea posibilității de cercetare în domeniul fizicii particulelor elementare.

Primul accelerator de hadroni a fost sincrotronul de protoni ISR, care a fost lansat în 1971 de CERN. Puterea fasciculului său a fost de 32 GeV. A fost singurul colider liniar funcțional în anii `90.

După lansare

Un nou complex de accelerare este în curs de construcție în Rusia, la Institutul Comun pentru Cercetare Nucleară. Acesta se numește NICA - Nuclotron based Ion Collider facility și este situat în Dubna. Scopul construcției este de a studia și de a descoperi noi proprietăți ale materiei dense de barioni.

Odată ce aparatul va fi lansat, oamenii de știință de la Institutul Comun pentru Cercetări Nucleare din Dubna, în apropiere de Moscova, vor putea crea o anumită stare a materiei, care a fost universul în primele momente după Big Bang. Această substanță se numește plasmă quark-gluon (QGP).

Construcția complexului din cadrul facilității securizate a început în 2013, iar lansarea este planificată pentru 2020.

Sarcini cheie

În special pentru Ziua Științei în Rusia, personalul JINR a pregătit materiale pentru activități de formare pentru elevi. Tema se numește "NICA - Universul în laborator". O înregistrare video cu Grigory Trubnikov, membru al Academiei de Științe a Rusiei, va descrie viitoarele cercetări care vor fi efectuate la Hadron Collider în Rusia, în asociere cu alți oameni de știință din toate tipurile de țări ale lumii.

Cea mai importantă sarcină cu care se confruntă cercetătorii din acest domeniu este aceea de a studia următoarele direcții:

1. Proprietăți și funcții ale interacțiunilor apropiate ale constituenților elementari ai modelului standard al fizicii particulelor, adică studiul quarcilor și gluonilor.
2. Găsirea unor semne ale unei tranziții de fază între SGC și materia hadronică, precum și căutarea unor stări necunoscute anterior ale materiei barionice.
3. Lucrul cu proprietățile de bază ale interacțiunilor strânse și simetria SPD-ului.

Hardware important

Esența acceleratorului de hadroni de la NICA este de a furniza un spectru larg de fascicule: de la protoni și deutoni, la fascicule care constau din ioni mult mai grei, cum ar fi un nucleu de aur.

Ionii grei vor fi accelerați la energii de până la 4,5 GeV/nucleon, iar protonii la 12,5 GeV/nucleon. Inima coliderului din Rusia este acceleratorul Nuclotron, care funcționează din anul 93 al secolului trecut, dar a fost accelerat substanțial.

Acceleratorul NICA are mai multe căi de interacțiune. Unul pentru a studia pe un detector MPD modul în care ionii grei se ciocnesc între ei, iar altul pentru a face experimente cu fascicule polarizate pe o instalație SPD.

Finalizarea construcției

S-a remarcat faptul că la primul experiment participă oameni de știință din țări precum SUA, Germania, Franța, Israel și, bineînțeles, Rusia. NICA lucrează în prezent la instalare și la punerea în funcțiune a pieselor.

Clădirea pentru acceleratorul de hadroni va fi finalizată în 2019, în timp ce instalarea acceleratorului propriu-zis va avea loc în 2020. În același an, vor începe lucrările de cercetare privind coliziunea ionilor grei. Întregul dispozitiv va fi complet operațional în 2023.

Coliderul din Rusia este doar unul dintre cele șase proiecte din țara noastră care au primit denumirea de megastiință. În 2017, guvernul a alocat aproape patru miliarde de ruble pentru construcția acestei mașini. Costul construcției de bază a mașinii a fost estimat de experți la douăzeci și șapte și jumătate de miliarde de ruble.

O nouă eră

Vladimir Kekelidze, director de fizică la laboratorul de înaltă energie JINR, consideră că proiectul de coliziune din Rusia va oferi țării o oportunitate de a se ridica la cele mai înalte poziții în fizica de înaltă energie.

Recent au fost descoperite urme "fizică nouă", pe care Large Hadron Collider le-a fixat și care depășesc modelul standard al microcosmosului nostru. S-a afirmat că recent descoperită "fizică nouă" nu va interfera cu activitatea acceleratorului.

Într-un interviu, Vladimir Kekelidze a precizat că aceste descoperiri nu vor devaloriza activitatea NICA ca fiind chiar Proiectul este conceput în primul rând pentru a înțelege exact cum arătau începuturile universului, iar condiții de cercetare precum cele de la Dubna nu există nicăieri altundeva în lume.

El a mai spus că oamenii de știință de la JINR explorează noi frontiere ale științei în care sunt hotărâți să preia conducerea. Că vine o eră în care nu doar un nou accelerator, ci o nouă eră a fizicii de înaltă energie pentru țara noastră.

proiect internațional

Potrivit aceluiași director, lucrările la NICA, care găzduiește Hadron Collider, vor fi internaționale. Pentru că cercetarea în domeniul fizicii energiilor înalte este acum efectuată de echipe întregi de oameni de știință din întreaga lume.

Douăzeci și patru de țări au colaborat deja la proiectul de pe site-ul. Iar costul acestui miracol este estimat la cinci sute patruzeci și cinci de milioane de dolari.

De asemenea, noul accelerator va ajuta oamenii de știință să desfășoare cercetări în domeniul noilor materiale, al științei materialelor, al radiobiologiei, al electronicii, al terapiei cu fascicule și al medicinei. În plus, de toate acestea vor beneficia programele "Roscosmos", precum și reprelucrarea și eliminarea deșeurilor radioactive și crearea de surse criogenice și energetice avansate care să poată fi utilizate în condiții de siguranță.

Bosonul Higgs

Bosonul Higgs reprezintă așa-numitele câmpuri cuantice Higgs, care apar cu necesitate în fizică, și mai precis în modelul standard al particulelor elementare, ca o consecință a mecanismului Higgs de rupere imprevizibilă a simetriei electrice slabe. Descoperirea sa a însemnat sfârșitul modelului standard.

În cadrul aceluiași model, ea este responsabilă pentru masa inertă a particulelor elementare, bosonii. Câmpul Higgs ajută la explicarea apariției masei inerte în particule, adică purtătoare ale interacțiunii slabe, precum și a lipsei de masă în particulele purtătoare ale interacțiunii puternice și electromagnetice (gluon și foton). Bosonul Higgs, în structura sa ca.. o particulă scalară. Deci nu are nicio rotire.

Descoperirea câmpurilor

Bosonul a fost axiomatizat încă din 1964 de către un fizician de origine britanică pe nume Peter Higgs. Întreaga lume a aflat de descoperirea sa prin citirea lucrărilor sale. Și după aproape cincizeci de ani de căutări, adică în 2012, o particulă care se potrivește acestui rol a fost descoperită pe 4 iulie. A fost descoperit în urma cercetărilor la LHC, iar masa sa este de aproximativ 125-126 GeV/c².

Este un motiv întemeiat pentru a crede că această particulă este bosonul Higgs. În 2013, în luna martie, diverși cercetători de la CERN au anunțat că particula descoperită în urmă cu șase luni este de fapt bosonul Higgs.

Un model actualizat care încorporează această particulă a făcut posibilă construirea unei teorii a câmpului cuantic renormalizabile. Iar un an mai târziu, în aprilie, grupul CMS a raportat că latitudinea de dezintegrare a bosonului Higgs descoperit este mai mică de 22 MeV.

Proprietăți ale particulei

La fel ca orice altă particulă din tabel, bosonul Higgs este supus gravitației. Are sarcini de culoare și electricitate și, după cum am menționat mai devreme, spin zero.

Există patru canale principale de apariție a bosonului Higgs:

1. Odată ce cei doi gluoni au fuzionat. Este cea principală.
2. Atunci când perechile WW- sau ZZ fuzionează-.
3. Cu condiția de însoțire a bosonului W sau Z.
4. Cu quarcii de vârf prezenți.

Dezintegrarea lui se face într-o pereche b-antiquark și b-quark, în două perechi electron-pozitron și/sau muon-antimuon cu doi neutrini.

În 2017, la începutul lunii iulie, în cadrul unei conferințe la care au participat EPS, ATLAS, HEP și CMS, s-a raportat că au început în sfârșit să apară indicii vizibile ale dezintegrării bosonului Higgs într-o pereche b-quark-antiquark.

Anterior, un astfel de lucru era nerealist de văzut cu ochii noștri în practică, din cauza dificultății de a separa în mod diferit nașterile acelorași quarci de procesele din fundal. Modelul standard al fizicii sugerează că o astfel de dezintegrare este cea mai frecventă, adică mai mult de jumătate din timp. În octombrie 2017, a fost descoperită o observație sigură a semnalului de dezintegrare. O astfel de afirmație a fost făcută de CMS și ATLAS în articolele lor publicate.

Conștiința maselor

Particula descoperită de Higgs este atât de importantă încât Leon Lederman (laureat al premiului Nobel) a numit-o particula lui Dumnezeu în titlul cărții sale. Deși Leon Lederman însuși a sugerat în versiunea sa originală "Particula diavolului", Dar editorii i-au respins propunerea.

Această denumire frivolă este folosită destul de mult în mass-media. Deși mulți oameni de știință nu sunt de acord. Ei consideră că un nume mult mai bun ar fi fost "sticla de șampanie boson", deoarece potențialul câmpului Higgs seamănă cu fundul acestei sticle, iar descoperirea sa va duce cu siguranță la secarea completă a multor astfel de sticle.