Многие уже знают, что коллайдер – это такая штука, в которой учёные сначала разгоняют, а потом сталкивают разные частицы и смотрят, что из этого получится. Но не все догадываются, что Большой адронный коллайдер* далеко не единственный в своём роде. Разобраться в тонкостях отечественного коллайдеростроения нам помог главный конструктор проекта NICA – MPD Николай Дмитриевич Топилин.
А что, у нас есть коллайдер?
Да. Его строят в Дубне (Подмосковье), на базе Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ). Носит он красивое имя “Ника” (NICA), что расшифровывается как Nuclotron-based Ion Collider fAcility – сверхпроводящий коллайдер протонов и тяжёлых ионов. Строительство началось в 2013 году вокруг "Нуклотрона", запущенного ещё в 1993-м. Первый запуск запланирован на 2022 год.
Недавно Metro писало, что сердце российского коллайдера прибыло в Петербург.
Чем он отличается от Большого?
Большой коллайдер (БАК) называется адронным, так как в нём сталкиваются частицы адроны. В нашем же приставки "адронный" нет, так как сталкивать будут другие вещи.
– В мире много коллайдеров – как готовых, так и в процессе строительства. И каждый из них рассчитан на разгон определённых частиц. Большой коллайдер был заточен на подтверждение существования частицы Хиггса. Он разгоняет протоны, наш будет разгонять ионы золота 57-й зарядности. Задачи у коллайдеров разные – это их основное отличие, – говорит Николай Топилин.
Непохожи NICA и БАК размерами. Большим наш коллайдер никак не назовёшь, скорее крошечным. Для сравнения: у БАКа длина кольца для разгона частиц равняется 27 км, у NICA – всего 500 метров.
А зачем нам такой маленький коллайдер?
Размер нашего коллайдера вовсе не умаляет его значимости для науки.
– Да, наверное, он у нас самый маленький в мире, но зато удаленький, – отвечает конструктор. – Как я уже говорил, решаются разные задачи. Допустим, если вам на огород нужно немного песка привезти, вы же не карьерный самосвал заказываете. Так и здесь. БАК работает на одних энергиях, наш на других – более низких. Ещё один пример: если вы плеснёте кружку воды на раскалённые камни, то увидите воду и пар, больше ничего. А если вы потихоньку нагреваете воду в кастрюльке на плите, то заметите образование пузырьков, их схлопывание, кипение и так далее. То есть вы видите переходные процессы. Для этого не нужна огромная энергия, а скорее наоборот. Вот и нашу "Нику" можно сравнить с кастрюлькой на плите, а БАК – с раскалёнными камнями.
Какая от него польза?
Главная задача, которая стоит сейчас перед NIСA, – изучение структуры Вселенной примерно на десятой микросекунде после Большого взрыва, произошедшего около 13 миллиардов лет назад. Но это не единственное предназначение отечественного коллайдера.
– Во-первых, это развитие фундаментальной науки, – отвечает инженер. – Когда мы строим коллайдер, мы работаем со сверхвысоким вакуумом. Вакуум, который недостижим на расстоянии ближайшей тысячи километров от Земли. Получить его на нашей планете можно только в специальных условиях, с NICA же мы создаём вселенную в лаборатории. Это неизученная часть физики, поэтому всем интересно, что же там будет происходить.
Пригодится коллайдер для изучения и освоения космоса, в медицине, при создании принципиально новых материалов и технологий и даже для утилизации радиоактивных отходов.
– У нас в лаборатории есть установка, которая уже десятки лет работает на медицину, здесь изучаются новые методы лечения раковых опухолей. В рамках подготовки полёта на Марс в нашей лаборатории проходят эксперименты, которые помогут понять влияние радиации на человека. Также у нас есть проект "Энергия трансплантации", где мы изучаем на пучках наших ускорителей процессы, которые потом позволят перерабатывать ядерные отходы в невредные и параллельно получать из них энергию. Всё это уже помогает изучать само строительство коллайдера, – продолжает учёный.
Коллайдер – это путь в неизведанное?
– Не совсем. Практически всё, что изучается, заранее предсказывается теоретически. Если вы загуглите, зайдёте на сайт проекта NICA, то там уже всё есть, даже диаграммы нарисованы. Непосвящённый человек подумает: зачем строить такую дорогостоящую штуку, вот уже всё написано, подсчитано и даже на картинках нарисовано. Ну а кто сказал, что это действительно верно?! Поэтому нужно всё проверить опытным путём, – говорит Николай Топилин.
Кстати, учёные уже давно рассчитали, что было в первые секунды Большого взрыва.
– Была барионная материя. Если сравнивать, то это как каша. На первых секундах (точнее – десять в минус шестой секунды) эта каша состояла из протонов и нейтронов. Насколько горячо? 10 в 13 степени градусов. Нарисуйте 10 и ещё 13 нулей добавьте. Сто градусов – уже кипяток, при одной – полутора тысячах градусов плавится металл, пять тысяч градусов – плазма; это всего три нуля, а здесь будет тринадцать!!! Через 3 минуты в этой каше уже шло образование лёгких ядер. Через триста тысяч лет станет попрохладнее. Всего лишь три тысячи градусов. А миллиард лет назад уже появилась комфортная "космическая" температура. Вселенная расширяется, плотность падает, температура падает, – делится с Metro конструктор проекта.
Сколько стоит коллайдер?
Понятно, что коллайдер – игрушка дорогая. Только та деталь, которую называют "сердце" коллайдера, стоит 17 млн долларов. Есть запчасти подешевле: например, магнитопровод стоит полтора миллиона евро.
– Стоимость всего проекта сейчас трудно озвучить. Начали 10 лет назад, он ещё не закончен, влияют колебания курса и так далее. В начале предполагалось, что проект будет стоить 147 млн долларов. Во сколько он реально обойдётся, трудно сказать. Наверняка больше, так как меньше не может быть по определению, – говорит профессор.
А вдруг иностранцы опередят наши открытия?
Как уже говорилось, коллайдеров в мире строят просто пруд пруди. В ЦЕРН (ребята, которые построили Большой адронный) уже анонсировали проект, по сравнению с которым сам БАК будет выглядеть детской игрушкой. Будущий кольцевой коллайдер FCC (Future Circular Collider) расположится на территории Франции и Швейцарии и будет иметь периметр 100 км (против 27 км Большого). Но оказывается, что в вопросах, связанных с коллайдерами, нет такого, как в "гонке вооружений".
– Это же практически всё международные проекты. Мы не конкурируем, а сотрудничаем, – делится Николай Дмитриевич. – Часто везде работают одни и те же люди. Наши работы дополняют друг друга. Если на каком-то коллайдере появились данные, то ими гордятся и делятся. В Германии сейчас строится аналогичный с NICA проект. И мы с ними будем одновременно заниматься одним и тем же. Если в двух научных центрах будут работать над одной тематикой, то можно сравнить результаты и убедиться в их правильности. Мы активно привлекаем, открыто приглашаем учёных, инженеров со всего мира, наши специалисты посещают другие конференции. И везде мы пропагандируем наш проект. Работы очень много, непочатый край.
* cамый большой и мощный ускоритель частиц в мире, расположенный на франко-швейцарской границе около города Женевы. В своё время было очень много опасений, что его испытания могут привести к концу света.
