Журнал «Знание-сила» - Знание-сила, 2009 № 01 (979)

В Брукхейвене на коллайдере RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) кварк-глюонную материю уже пытались обнаружить, но получили лишь косвенные признаки ее существования. Однако есть еще одна тайна у Вселенной — физики-теоретики называют ее смешанной фазой адронной материи. Они считают, что подобно кипению воды, когда одновременно в кастрюле бурлят вода и пар, у кварк-глюонной материи тоже существовала смешанная фаза. Группа дубнинских теоретиков во главе с профессором Вячеславом Тонеевым в своих расчетах исходит из того, что смешанная фаза адронной материи должна включать одновременно свободные кварки, глюоны и протоны с нейтронами, внутри которых кварки уже связаны — склеены глюонами.

Экспериментаторы из Брукхейвена не прочь заняться поисками смешанной фазы, но при тамошних сверхвысоких энергиях пучков фазовый переход просто невозможно заметить. Это все равно, что мгновенно нагревать воду до 1000 градусов Цельсия — она тут же превратится в пар без привычной нашему глазу картины кипения с бурлящими в воде и исходящими паром пузырьками.

Нуклотрон Лаборатории физики высоких энергий имени В.И.Векслера и А.М.Балдина ОИЯИ — сверхпроводящий ионный синхротрон с диапазоном энергий до 5 ГэВ на нуклон — вполне подходит для поисков смешанной фазы адронной материи, считают дубнинские физики. Этот ускоритель был построен в тяжелые 90-е годы и не успел еще проявить свои истинные возможности в должной мере, несмотря на то, что миниатюрные экономичные сверхпроводящие магниты нуклотрона стали яркой инновацией в области технологий строительства ускорителей. Нуклотрон нужно довести до его проектных параметров и использовать в качестве базового элемента нового коллайдера тяжелых ионов, решили в Дубне.

Коллайдер NICA, строительство которого планируется завершить к 2013—2014 годам, если вовремя поступит необходимое финансирование, будет представлять собой каскад четырех ускорителей. Схематично это выглядит так. Источник тяжелых ионов посылает ядра в линейный ускоритель, который будет создан специалистами Института физики высоких энергий из Протвино. Далее пучок летит в бустерсинхротрон, где энергия частиц поднимается до нужной величины. Оттуда 30 сгустков по10 миллиардов ядер в каждом попадают в нуклотрон и, выстраиваясь там сверхпроводящими магнитами в тончайшую нить длиной 30 сантиметров, разлетаются в виде двух встречных пучков из 15 сгустков ядер — каждый в свое кольцо ионного коллайдера длиной 225 метров.

Два кольца коллайдера должны пересечься в двух точках, оснащенных детекторами. Один из них — многоцелевой детектор MPD (MultiPurpose Detector), который сможет засечь наличие смешанной фазы и все, что удастся обнаружить в этой области энергий. Его разработкой руководит профессор Владимир Кекелидзе — директор Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ. Детектор сможет обнаруживать частицы, вылетающие из точки соударения пучков по всем возможным направлениям. Для создания прибора с таким высоким уровнем чувствительности потребуются принципиально новые технологические решения.

Другой детектор предназначен для спиновой программы исследований. Поляризация частиц — вот что интересует физиков, планирующих эксперименты по исследованию спина на коллайдере NICA — еще одна тайна мироздания. Что такое поляризация? Это такое состояние группы частиц, когда их спины выстроены в одном направлении. Это порядок в мире частиц, который влияет на их взаимодействие, их борьбу друг с другом: кто кого притянет или оттолкнет, кто кого разобьет, поглотит или породит новые частицы. Теоретики Дубны лелеют надежду, что и этим тайнам помогут раскрыться эксперименты на коллайдере NICA, проектируемом совместно со специалистами новосибирского Института ядерной физики имени ГИ.Будкера — асами ускорительных технологий на встречных пучках.

Но не только дубненские и сибирские физики рассчитывают поработать на новом коллайдере. Проект NICA уже объединил несколько отечественных научных организаций, заинтересованных в новой совершенной физической машине на российской земле. Разработка проекта ведется с середины 2006 года в тесном сотрудничестве со многими ведущими институтами Российской академии наук, Росатома, Роснауки, Рособразования. К созданию детектора MPD подключились в том числе Институт теоретической физики имени Н.Н.Боголюбова Национальной академии наук Украины и Институт прикладной физики Академии наук Молдавии. В июле прошлого года подписано соглашение о сотрудничестве с GSI — немецким Институтом физики тяжелых ионов в Дармштадте.

Физики Дармштадта и сотрудничают, и соперничают с коллегами из Дубны. Немецкий Институт физики тяжелых ионов уже несколько лет интенсивно работает над созданием ускорительного комплекса практически с теми же параметрами, что и в Дубне, но не на встречных пучках, а с фиксированной мишенью — проектом FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research). Правда, фиксированная мишень имеет один недостаток — она не позволяет получить полный обзор всех столкновений частиц. В тени мишени могут оказаться как раз искомые события. Длина окружности создающегося двойного кольца FAIR — 1100 метров. Пучок, бомбардирующий мишень, у FAIR должен иметь энергию 8,5 ГэВ. Завершить строительство планируется к 2015 году.

Не так давно Дубну посетил директор этого института Хорст Штокер. «Конечно, мы конкуренты, — считает он. — Исследователи всегда конкурируют, если они хорошие исследователи. Но это дружеская конкуренция».

Осмотрев нуклотрон и ознакомившись в подробностях с концептуальным планом проекта NICA, он заключил, что параметры пучка частиц по диапазону энергий у комплекса NICA практически такие же, как в проекте FAIR, и что запланированная система двойных колец и суперпроводящий коллайдер — это будет, безусловно, хайтек, машина, которой еще не было. И несмотря на то, что светимости пучков FAIR будут значительно выше, у встречных пучков проекта NICA есть свои преимущества, считает директор GSI. «Вполне возможно, что NICA сможет опередить FAIR на пару лет, если получит необходимое финансирование», — улыбаясь, сказал Хорст Штокер во время экскурсии по нуклотрону соруководителю проекта NICA профессору Александру Сорину — заместителю директора Лаборатории теоретической физики имени Н.Н.Боголюбова ОИЯИ.

Интересуются проектом Дубны и физики из Брукхейвена. Многолетний руководитель экспериментальной коллаборации STAR проекта RHIC Брукхейвенской лаборатории Тимоти Холлман даже является членом международного координационного комитета проекта NICA. Формально, хотя RHIC и конкурент Дубны, но Тимоти Холлман считает, что у нашего проекта есть полное право на существование и что широкое международное сотрудничество в нем просто необходимо.