Рубль - на кооперацию с Европой, двенадцать - на те же цели тратим у себя. В таком примерно соотношении предлагается распределять бюджетную поддержку научных мегапроектов и затраты государства на создание дорогостоящих исследовательских установок разряда мega-science.

Когда готовились к печати материалы этой полосы, пришло известие, что правительство России одобрило выделение из своего резервного фонда 330 миллионов рублей на модернизацию детекторов Большого адронного коллайдера - самой крупной (из ныне действующих в мире) экспериментальной научной установки, которая находится в ведении Европейского центра ядерных исследований (СERN), а сам центр прописался в пригороде Женевы на границе Швейцарии и Франции.

Напомним, что БАК - ускоритель заряженных частиц на так называемых встречных пучках протонов и тяжелых ионов. На его подземном кольце протяженностью 27 километров установлены четыре детекторных станции - ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Знакомство хотя бы с одной из них оставляет неизгладимое впечатление, а нашумевший бестселлер Дэна Брауна "Ангелы и Демоны" уже не кажется оторванной от жизни фантастикой. Что и подтвердил своим решением Нобелевский комитет, присудив премию 2013 года по физике за предсказанный, а затем и "пойманный" с помощью детекторов БАК бозон Хиггса - элементарную частицу, которая "отвечает" за наличие массы у других частиц мироздания.

Окрыленные таким успехом руководители Европейского центра ядерных исследований и работающие там ученые, в том числе специалисты из России, стремятся нарастить возможности существующей установки. Наблюдательный совет по ресурсам, а это высший управляющий орган всех экспериментов на коллайдере БАК, уже принял решение о модернизации в срок до 2022 года всех четырех детекторов. В связи с этим у России тоже возникают обязательства, предусмотренные отдельным протоколом к рамочному соглашению правительства РФ и ЦЕРНа еще от 2003 года. По установившейся практике часть своего вклада в работы по модернизации коллайдера наша страна покроет денежным взносом, а часть - в материальном виде, то есть поставками оборудования собственной разработки и производства.

Пробный пуск коллайдера NICA намечен на 2019 год,
а в полную мощь он должен заработать в 2023 году

Исправно выполняя свои обязательства в этом и других научных мегапроектах в Европе, мы наконец-то стали разворачиваться лицом и к своим собственным, что уже существуют или могли бы получить развитие как центры мировой науки на российской территории.

В подмосковной Дубне, о чем многие забыли, уже шесть десятилетий существует Объединенный институт ядерных исследований. Если угодно - наш, основанный по времена СССР, аналог ЦЕРНа. И там в марте 2016 года началось наконец строительство ускорительного комплекса NICA (Nuclotron-based Ion Collider Faсility), о чем мы уже ("NICA долгожданная". - "РГ", 17.03.2016).

Пробный пуск коллайдера (с ограниченной мощностью) намечен, согласно планам, на 2019 год, а в полную силу NICA должна заработать в 2023 году. С ее помощью ученые надеются понять, как в первые мгновения после Большого взрыва во Вселенной образовались протоны и нейтроны, а для этого надо еще глубже изучить поведение вещества в области сверхвысоких энергий - так называемой кварк-глюонной плазмы.

Чтобы такой проект осуществился в намеченные сроки, нужны средства, и немалые, а они находятся с большим трудом и не всегда. В этот раз обнадеживающая новость пришла с Охотного Ряда, где сейчас обсуждают поправки к бюджету 2017 года. Одна и весьма существенная напрямую касается ОИЯИ.

Как следует из пояснительной записки, в 2017 году на создание коллайдера NICA в Дубне предлагается выделить 3,9 миллиарда рублей. "Изменение расходов по государственной программе включает увеличение бюджетных ассигнований на уплату взноса в Объединенный институт ядерных исследований на создание и эксплуатацию комплекса сверхпроводящих колец на встречных пучках тяжелых ионов NICA в сумме 3 962,1 млн рублей", - говорится в документе.

Тем временем

Томский государственный университет и Объединенный институт ядерных исследований в подмосковной Дубне будут вместе готовить ученых-физиков для участия в проектах мирового уровня. По словам ректора ТГУ Эдуарда Галажинского, схема обучения может быть такой: год магистранты обучаются в Томске, год в Дубне.

"Мы договорились с ОИЯИ о реализации совместной магистерской программы, которая называется "Физика микромира", для подготовки исследователей в области физики высоких энергий, теоретической физики, математики, - цитирует ректора ТАСС. - Программа позволит объединить потенциалы и готовить ученых через включение в международные проекты, в том числе в ЦЕРНе".

Первый набор на новую программу состоится в 2018 году. На базе Томского госуниверситета намереваются создать площадку для подготовки талантливых исследователей со всей Сибири.

25 марта началась реализация мегапроекта NICA (Nuclotron Ion Collider Acility) — в 2013 году этот проект вошел в число шести крупных научно-исследовательских проектов класса мегасайенс с международным участием на территории России.

22 марта в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) прошла пресс-конференция, на которой было объявлено о сроках реализации.

Коллайдер NICA создается на базе ускорителя «Нуклотрон», построенного в 1993 году. Для планируемых экспериментов создаются детекторы MPD и BM@N.

Первый будет расположен в точке столкновения пучков коллайдера NICA, второй — на выведенном пучке укорителя «Нуклотрон». Эти уникальные установки сопоставимы по масштабу с детекторами Большого адронного коллайдера в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН).

В пятницу, 25 марта, был заложен первый камень стройки. Первый запуск коллайдера запланирован на конец 2017 года: сначала в строй будет введен детектор BM@N. Сам коллайдер с детектором MPD заработает к концу 2019 года. Директор ОИЯИ Виктор Матвеев отметил, что в реализации проекта уже сейчас участвуют 16 научных организаций из России и 79 — из других стран мира. Договоры о сотрудничестве подписаны с такими странами, как Франция, Германия, Италия, ЮАР, Белоруссия, планируется партнерство с Китаем. Президент Российской академии наук Владимир Фортов также отметил важность международного сотрудничества в подобных проектах: «Дубна — уникальное образование. Реальный международный центр, один из первых. В нем многое сделано, но, что важно, центр остается молодым, в нем работают молодые люди, молодые установки, молодые идеи». Фортов подчеркнул важность проекта NICA, который, по словам президента РАН, «даст уникальную информацию о ранних этапах существования Вселенной».

Основная цель этого проекта — поиск новых состояний в ядерной материи. Для этого будут использованы установки, имеющие наиболее оптимальные характеристики, которые позволят достигнуть максимальных барионных плотностей.

По современным теоретическим представлениям материя может находиться в нескольких состояниях: адронном, кварк-глюонном и так называемой смешанной фазе, состоящей из композиции первых двух состояний.

Кварк-глюонная материя и ее переход в привычный для нас мир частиц могут быть воссозданы в экспериментах на ускорителях путем столкновения тяжелых ионов.

Для этого нужны не очень высокие по современным понятиям энергии столкновения — всего лишь порядка 10 ГэВ. Это гораздо меньше, чем энергии Большого адронного коллайдера и релятивистского коллайдера тяжелых ядер (RHIC) из Брукхейвенской национальной лаборатории, расположенной близ Нью-Йорка (США). Для сравнения: на БАК сейчас проходят столкновения протонных пучков с энергией 8 ТэВ.

Авторы называют проект NICA «Вселенной в лаборатории». «Главная задача проекта NICA — изучение плотной барионной материи в той области энергий, где она достигает максимальной плотности, — рассказывает директор лаборатории физики высоких энергий (ЛФВЭ) ОИЯИ Владимир Кекелидзе. — Вторая задача — изучение спиновой структуры нуклонов.

Мы хотим воссоздать «мини-большой взрыв» в лаборатории. В первые миллисекунды после Большого взрыва произошло формирование нашего мира.

То, что было в самом начале, — это кварк-глюонная плазма, кирпичики мироздания, которые изучают в ЦЕРН. Как из этих кирпичиков мироздания родился тот мир, в котором мы живем, как возникли протоны и нейтроны, мы хотим воссоздать в нашей лаборатории, сталкивая атомы золота». Лауреат Нобелевской премии по физике 2004 года Дэвид Гросс, присутствовавший на церемонии начала строительства, также отметил, что впечатлен масштабом предстоящих исследований: «Будет интересно понять, как вели себя кварки в условиях ранней Вселенной», — отметил ученый.

Это не единственный в мире проект по изучению барионной материи. В США уже введен в строй ионный коллайдер RHIC. Однако он не позволяет достичь нужной барионной плотности, подобной веществу нейтронной звезды.

В Германии разрабатывается проект FAIR. FAIR — это коллайдер с фиксированной мишенью, в нем пучок частиц ударяется по мишени, при этом часть энергии тратится на движение системы, что приводит к потерям энергии. В коллайдере NICA два пучка сталкиваются между собой, что энергетически выгодно, однако сложно точно совместить пучки для достижения большой светимости — высокой интенсивности сигнала распада.

На вопрос корреспондента отдела науки о том, поможет ли проект NICA пролить свет на загадки темной энергии и темной материи, Кекелидзе ответил:

«Напрямую проект NICA не связан с этими понятиями, но поскольку мы будем проводить эксперименты с высокой барионной плотностью, возможно, мы найдем что-то проливающее свет на эти вопросы. Речь идет о темной материи, а не о темной энергии».

По словам вице-директора ОИЯИ Рихарда Ледницки, стоимость проекта NICA составляет более $500 млн. 80% бюджета оплачивает Россия. Проект NICA международный. Оборудование и программное обеспечение разрабатывают специалисты из Украины, Германии, Италии и других стран. В 2010 году был подписан договор с ЦЕРН о взаимовыгодном сотрудничестве.

В то же время многие компоненты изготавливаются в России. В ОИЯИ действует завод по изготовлению сверхпроводящих магнитов, в том числе для NICA.

Проект имеет множество инновационных приложений, помимо фундаментальной науки. Установки ОИЯИ позволяют исследовать влияние ионных пучков на организм живых существ. Развивается адронная терапия, направленная на лечение рака.

Один из элементов Нуклотрона

Физики из Объединенного института ядерный исследований в Дубне и их зарубежные коллеги начали эксперименты по программе коллайдера тяжелых ионов NICA, хотя сам коллайдер и даже здание для него пока не построены - эксперименты идут на ускорителе Нуклотрон, где ученые сталкивают ядра углерода и водорода, сообщил N+1 руководитель проекта NICA Владимир Кекелидзе.

Коллайдер NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) строят в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне с 2013 года, в этом уникальном ускорителе будут сталкиваться пучки тяжелых ионов.Главная задача установки - исследование кварк-глюонной плазмы. Это экстремальное состояние вещества, где кварки и глюоны, из которых состоят протоны и нейтроны, могут находиться в свободном состоянии. Как полагают ученые, кварк-глюонная плазма существовала в первые мгновения после Большого взрыва. Коллайдер строится на базе существующего сверхпроводящего ускорителя Нуклотрон, который станет «первой ступенью» будущей установки.

Схема коллайдера NICA

«NICA пока еще не построена, даже здание, где она будет расположена, закончат только в следующем году. Но эксперименты начались в рамках научной программы NICA, она имеет несколько этапов. Один из этапов - не на коллайдере, а на ускорителе с фиксированной мишенью», - сказал Кекелидзе.

Из Нуклотрона, где разгоняются тяжелые ядра, выведено несколько линий и есть мишени, с которыми сталкиваются ионы. В рамках программы NICA был запущен один эксперимент - Baryonic Matter at Nuclotron (BM@N) . Ядра углерода разгоняются и сталкиваются с криогенной мишенью - жидким водородом. «Это исследование позволяет нам снизу расширить энергетический диапазон исследуемых процессов, это более низкая энергия. Это край нашего диапазона по энергии, а коллайдер будет „сверху“. В этом первом эксперименте мы решаем интереснейшую задачу изучения взаимодействия протонов в ядре в тот момент, когда силы притяжения, связанные с сильным ядерным взаимодействием, сменяются отталкиванием», - объясняет Кекелидзе.

По его словам, этот эксперимент можно осуществить только на нуклотроне, поэтому в нем участвуют ученые из американской лаборатории имени Джефферсона, пяти американских университетов, включая MIT, университета Тель-Авива, ряда институтов из Германии и Франции. В дальнейшем подобные эксперименты будут проводиться с ядрами аргона и криптона, и здесь физики уже подойдут ближе к рождению кварк-глюонной плазмы, которую будет исследовать коллайдер NICA. Строительство коллайдера планируется закончить в 2020-2021 годах.

Сергей Кузнецов

Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне 26 марта отметит 60-летие. Накануне юбилея, 25 марта, состоится торжественная церемония закладки камня в основание научного комплекса NICA - проекта мирового значения в области фундаментальных исследований по физике высоких энергий. Чем уникален нуклотрон NICA, и каковы области применения его исследований, узнал корреспондент Дубненского информагентства

Международное сотрудничество

Вид на Дом ученых в Дубне с плакатом к 60-летию ОИЯИ

Фото: Артем Рязанцев, Дубненское ИА

В закладке камня примут участие представители государств-партнеров и американский физик Дэвид Гросс, который внес значительный вклад в развитие теории, на которой базируется программа экспериментов NICA.

Целью проекта NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) является создание ускорительно-экспериментальной базы мирового уровня, которая предоставит ученым возможности, недоступные в других ускорительных центрах мира. Благодаря комплексу можно будет проводить фундаментальные исследования сверхплотного ядерного вещества и спиновой структуры адронов, а также выполнять широкий спектр инновационных и прикладных работ.

Проект экспериментальной установки класса мегасайенс реализуется с участием множества стран. Так, в состав ОИЯИ входят 18 государств-членов, еще с 6 странами подписаны протоколы на правительственном уровне. Кроме того, в декабре 2015 года было заключено соглашение между правительством Российской Федерации, Китайской Народной Республикой, Объединенным институтом ядерных исследований и Академией наук Китая. По словам директора ОИЯИ, академика РАН Виктора Матвеева, соглашение задало формат участия в проекте для других стран, которые хотели бы к нему присоединиться - Германии, Италии и ЮАР. Проект NICA привлечет в Дубну тысячи ученых и инженеров из разных стран мира.

Ускорять и изучать

Фабрика сверхпроводящих магнитов для коллайдера NICA

Фото: Артем Рязанцев, Дубненское ИА

Комплекс NICA позволит ускорять и сталкивать тяжелые ядра, вплоть до золота, с рекордными параметрами в требуемом диапазоне энергий, а также обеспечит столкновения поляризованных ядер. Он будет состоять из трех крупных блоков: ускорительного, научно-исследовательского и инновационного.

Ускорительный блок NICA включает в себя уже функционирующие источники ядер, в том числе поляризованных ядер, а также линейный ускоритель и кольцевой ускоритель Нуклотрон, запущенный в 1993 году. Нуклотрон основан на криогенных технологиях XXI века, разработанных в Дубне, и является вторым сверхпроводящим ускорителем в Европе после знаменитого Большого адронного коллайдера на границе Швейцарии и Франции. Эти технологии будут использоваться для строительства коллайдера NICA и синхротрона SIS-100 в немецком проекте FAIR.

Реализация научно-исследовательского блока NICA предусматривает развитие существующей экспериментальной базы на пучках Нуклотрона (установка BM@N) и создание двух детекторов для коллайдера - многоцелевого детектора MPD и детектора SPD для экспериментов с поляризованными ядрами.

При создании ускорительных и детекторных элементов для NICA используется опыт, накопленный при подготовке экспериментов на Большом адронном коллайдере в CERN - Европейской организации по ядерным исследованиям, а также в ведущих научно-исследовательских лабораториях США, Европы и Японии.

Инновационный блок NICA включает в себя уже существующие зоны, которые будут развиваться и дополняться новыми. На них планируется проводить прикладные исследования в области альтернативной ядерной энергетики и углеродной лучевой терапии раковых заболеваний, а также тестирование электронных компонентов и биологических объектов в рамках космических программ. Для проведения этих работ привлекаются высокотехнологичные отрасли промышленности России.

Престиж российской науки

ОЭЗ Дубна

Фото: пресс-служба ОЭЗ Дубна

Уже более 1 тысячи ученых и специалистов из 70 институтов 26 стран мира работают на Нуклотроне и участвуют в подготовке и реализации проекта NICA. С вводом в строй новых элементов ускорительного комплекса будет достигнуто новое качество экспериментов, благодаря которому число участников проекта возрастет в несколько раз.

В рамках мегапроекта NICA в Дубне будет налажено тесное сотрудничество между Министерством образования и науки РФ, Министерством науки и техники КНР, Академией наук КНР и Объединенным институтом ядерных исследований. Полностью запустить комплекс NICA планируется в конце 2019 - начале 2020 года.

Благодаря этому научному мегапроекту Россия станет одним из мировых лидеров в области фундаментальных исследований по физике высоких энергий. NICA привлечет в Дубну талантливую молодежь со всего мира, ускорит инновационные процессы во многих областях прикладных исследований и значительно поднимет престиж российской науки.

Увидели ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите "Ctrl+Enter"

В Дубне, в Институте ядерных исследований создают новый коллайдер. Назвали проект просто и красиво – НИКА. Это аббревиатура от Nuclotron-based Ion Collider facility. В то же время богиня победы. На установке НИКА ученые попытаются смоделировать процесс первых мгновений возникновения Вселенной несколько миллиардов лет назад. По сути, рождение нашего мира.

«Младший брат» Большого адронного коллайдера появится в подмосковной Дубне. В Объединённом Институте ядерных исследований началось строительство отечественного ускорителя ядерных частиц.

Объединенный институт ядерных исследований. Основан в 1956 году на базе Института ядерных проблем Академии наук Советского Союза. Находится в городе Дубна. Здесь, впервые в мире создан синхрофазотрон, протонный ускоритель, на котором ученые достигли рекордной по тем временам энергии. За большой вклад Института в современную физику 105-му элементу периодической системы Менделеева присвоено название «Дубний», а 114-му – «Флеровий», в честь академика Георгия Флёрова. Сегодня в составе Института 7 лабораторий. Основные направления исследований - ядерная физика, физика элементарных частиц и конденсированного состояния вещества.

НИКА – не менее амбициозная, но менее дорогая установка, чем «церновская». Периметр кольца 500 метров. Как и швейцарский прибор, создаваться НИКА будет в международной кооперации.

В Дубне не стали рыть тоннели и копать шахты - проект разработан на базе уже существующего нуклотрона. По сути - это каскад из трёх ускорителей.

Один из них уже действует - сверхпроводящий ионный синхротрон-нуклотрон. Второй этап - бустер, обеспечит частицам необходимую интенсивность. Раньше здесь располагались магниты синхрофазотрона. Плюс два кольца коллайдера, в котором и будут сталкиваться протоны.

Русский коллайдер станет лучшей установкой для проведения экспериментов по физике тяжелых ионов. Учёные надеются, что после запуска проекта НИКА центр таких исследований пропишется в Подмосковье.

«Есть еще область физики высоких энергий. Она не менее интересная, она очень популярная сегодня среди физиков, в этой области ожидаются очень яркие интересные открытия, а именно фазовые переходы ядерной материи. Для того, чтобы их изучать, необходимо создать максимальную плотность барионной материи, ту, которая существует в нейтронных звездах. Для изучения именно этих процессов в максимальной барионной плотности не нужна максимальная энергия, как на БАКе или на Брукхейвенской машине. Теоретики рассчитали, что она очень близка к той, которая сегодня достижима на нашем нуклотроне»,

Рассказывает директор лаборатории высоких энергий ОИЯИ Владимир Кекелидзе.

Главное отличие российского коллайдера от швейцарского в том, что в ЦЕРНе основные силы брошены на поиски неуловимого бозона Хиггса - частицы, которая даёт массу всем остальным частицам.

Россия же на своей установке будет изучать другую область возникновения Вселенной несколько миллиардов лет назад: формирование из кварков и глюонов частиц барионной материи. То есть, нашего мира.

«Теоретики сформулировали те условия, при которых было возможно формирование Вселенной по тому пути, по которому оно пошло. А условия очень простые - определенная температура (или энергия) частиц и плотность ядерного вещества. Когда теоретиками были сформулированы эти условия, стало понятно, какой эксперимент можно поставить в лабораторных условиях у нас на Земле, чтобы попробовать смоделировать те условия, которые были на ранних этапах формирования Вселенной»,

Рассказывает заместитель главного инженера ОИЯИ, член-корреспондент РАН Григорий Трубников.
Именно НИКА позволит учёным приблизиться к условиям возникновения «Большого взрыва», от которого, по мнению физиков, и появилась наша Вселенная.

«Для этого нужно четко определенная энергия, нужно разогнать тяжелые ядра. Мы выбрали золото по золоту, потому что это легче технологически сделать. На базе нуклотрона и создается коллайдер. Первый разгонный блок будет нуклотрон, линак, потом пучки будут выведены, и будет организована встреча двух пучков в двух местах. В одном мы будем изучать тяжелую ионную программу, пытаться достичь той максимальной плотности барионной материи, и смотреть, что из этого получится. А в другой будем изучать спиновую физику. Тоже не менее интересный проект»,

Объясняет Владимир Кекелидзе.

С помощью НИКИ учёные надеются раскрыть структуру Вселенной и тайны её фундаментальных сил: тёмной материи, тёмной энергии, чёрных дыр, «кротовых нор» и экстра-измерений.

«Когда вы знаете, как образовывалось вещество, как образовывалась материя, как она формировалась, вы можете прогнозировать, что будет с этой материей, как она будет дальше развиваться, как она будет распадаться и гибнуть. Вообще, это фундаментальные вопросы, которые дадут отгадки к пониманию эволюции нашей Вселенной»,

Рассказывает Григорий Трубников.

Сегодня научная программа НИКА наполняется новыми идеями. Параметры установки, а это высокая энергия, колоссальная плотность вещества и разнообразие сортов исследуемых частиц, открывают возможности для решения целого ряда прикладных задач.

Это углеродная терапия, тестирование электроники для космических программ, трансмутация радиоактивных отходов, новые подходы к получению энергии.

Но главное, что коллайдер станет работать у нас в стране, а не за рубежом. И молодые российские учёные получат хорошую и интересную работу у себя дома.

Запуск первого этапа проекта НИКА планируется через два года. А уже к 2017-му ядерщики из Дубны ждут начала работы всего комплекса.