NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility)

NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) — это крупномасштабный международный проект в области ядерной физики, реализуемый в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, Россия. Основная цель проекта — создание уникального коллайдера тяжёлых ионов, который позволит изучать экстремальные состояния ядерной материи, такие как кварк-глюонная плазма, а также исследовать фундаментальные свойства сильного взаимодействия и структуру материи. Проект NICA является логическим продолжением и развитием существующего ускорительного комплекса на базе Нуклотрона.

 

Основные цели и задачи проекта NICA

1. Изучение кварк-глюонной плазмы: Кварк-глюонная плазма — это состояние материи, в котором кварки и глюоны, составляющие протоны и нейтроны, находятся в "свободном" состоянии. Это состояние существовало в первые мгновения после Большого взрыва. NICA позволит воссоздать и изучать это состояние в лабораторных условиях.

2. Исследование свойств ядерной материи: Проект направлен на изучение свойств ядерной материи при экстремальных условиях, таких как высокие плотности и температуры.

3. Физика тяжёлых ионов: NICA позволит проводить эксперименты по столкновению тяжёлых ионов (например, ядер золота или урана) на высоких энергиях, что поможет понять структуру ядер и процессы, происходящие в них.

4. Фундаментальные исследования: Проект также нацелен на изучение фундаментальных вопросов физики, таких как природа сильного взаимодействия, свойства адронов и ядер, а также поиск новых форм материи.

 

Структура ускорительного комплекса NICA

Проект NICA включает несколько ключевых компонентов:

1. Нуклотрон: Существующий ускоритель тяжёлых ионов, который используется в качестве инжектора для коллайдера NICA. Нуклотрон ускоряет ионы до промежуточных энергий, после чего они передаются в основной коллайдер.

2. Бустер: Промежуточный ускоритель, который дополнительно увеличивает энергию ионов перед их инжекцией в коллайдер.

3. Коллайдер NICA: Основной элемент проекта — это кольцевой коллайдер, в котором пучки тяжёлых ионов сталкиваются на высоких энергиях. Коллайдер состоит из двух колец, в которых пучки ионов движутся в противоположных направлениях.

4. Детекторы: Вокруг коллайдера расположены несколько экспериментальных установок, которые регистрируют продукты столкновений. Основные детекторы:

   • MPD (Multi-Purpose Detector): Универсальный детектор, предназначенный для изучения свойств кварк-глюонной плазмы и других экзотических состояний материи.

   • SPD (Spin Physics Detector): Детектор, предназначенный для изучения спиновых эффектов в столкновениях поляризованных протонов и дейтронов.

 

Технические характеристики коллайдера NICA

1. Энергия пучков: Коллайдер NICA сможет сталкивать пучки тяжёлых ионов (например, ядра золота) с энергией до 4,5 ГэВ/нуклон для каждого пучка. Для протонов энергия может достигать 12 ГэВ.

2. Светимость: Светимость коллайдера (параметр, характеризующий интенсивность столкновений) составит до 10²⁷ см⁻²·с⁻¹ для тяжёлых ионов и до 10³² см⁻²·с⁻¹ для протонов.

3. Магнитная система: Коллайдер использует сверхпроводящие магниты, что позволяет достигать высоких магнитных полей при относительно низком энергопотреблении.

4. Длина окружности: Длина кольца коллайдера составляет около 503 метров.

 

Научные эксперименты на NICA

1. Эксперименты с тяжёлыми ионами: Основная задача — изучение кварк-глюонной плазмы и свойств ядерной материи при высоких энергиях.

2. Эксперименты с поляризованными пучками: Использование поляризованных протонов и дейтронов для изучения спиновых эффектов и структуры нуклонов.

3. Прикладные исследования: Помимо фундаментальных исследований, NICA будет использоваться для прикладных задач, таких как разработка новых материалов, медицинские исследования (например, лучевая терапия) и тестирование электроники для космических аппаратов.

 

Международное сотрудничество

Проект NICA привлекает учёных и специалистов со всего мира. В нём участвуют более 30 стран, включая Россию, Германию, Францию, Италию, Китай, Индию и другие. ОИЯИ является международной организацией, что делает NICA важным центром международного научного сотрудничества.

 

Значение проекта NICA

1. Фундаментальная наука: NICA позволит получить новые данные о структуре материи и свойствах сильного взаимодействия, что может привести к открытию новых физических явлений.

2. Технологическое развитие: Проект способствует развитию высоких технологий, таких как сверхпроводящие магниты, системы вакуумирования, детекторы частиц и ускорительные технологии.

3. Образование и подготовка кадров: NICA предоставляет уникальные возможности для обучения и подготовки молодых учёных и инженеров.

4. Международное сотрудничество: Проект укрепляет научные связи между странами и способствует обмену знаниями и технологиями.

 

Текущее состояние и перспективы

Строительство комплекса NICA началось в 2013 году, и первые эксперименты запланированы на середину 2020-х годов. Уже сейчас Нуклотрон активно используется для подготовки экспериментов и тестирования оборудования. После завершения строительства NICA станет одним из ведущих центров ядерной физики в мире.

NICA — это не только уникальный научный инструмент, но и символ международного сотрудничества в области фундаментальной науки и высоких технологий. Проект открывает новые горизонты для изучения материи и способствует развитию науки и технологий в глобальном масштабе.