На адронном коллайдере в Дубне завершился эксперимент, в результате которого насчитали более полумиллиарда событий
АРХИВ
Недавно на ускорительном комплексе NICA закончился восьмой сеанс эксперимента BM@N (Baryonic Matter at Nuclotron), в ходе которого было зарегистрировано более полумиллиарда событий. Ведущий научный сотрудник ЛФВЭ ОИЯИ, лауреат Всероссийской премии «За верность науке-2022» Сергей Мерц рассказал, что это за события и что такое мегасайенс-проект NICA простыми словами.
«Если мы хотим посмотреть на волоски на коже, то мы возьмем лупу, если хотим увидеть клетки, то берем микроскоп. Для более мелких деталей нам нужен, например, электронный микроскоп. Во всех этих случаях у нас есть поток частиц или света, он рассеивается на поверхности предмета, и мы считываем результат с помощью глаз или других приборов. А если мы хотим глубже заглянуть в материю, то должны нашему пучку придать более высокую энергию, потому что чем выше энергия, тем выше частота излучения и тем более мелкие объекты мы можем просканировать. Соответственно, для проведения эксперимента по исследованию мельчайших частиц материи нам нужен пучок высокой энергии. Он попадает в мишень, рассеивается или как-то еще взаимодействует с ней, и по восстановленной информации мы сможем сказать про структуру того, что было внутри и что же там произошло. Получается, что ускоритель − это большой микроскоп: он нужен для того, чтобы передать большую энергию», - рассказал Сергей.
Большие энергии могут быть разными: в ОИЯИ они на порядки меньше, чем на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. Возникает вопрос: зачем строить что-то еще, если уже есть коллайдеры? Материя, которая нас окружает, в своем нормальном состоянии – то, что называют ядерной или барионной материей. Но в первые мгновения после Большого взрыва она была другой: кварки, которые находятся внутри протонов и нейтронов – опять же, из которых состоит все вокруг нас – были в свободном состоянии. Они могли свободно летать и быть никак не связаны между собой. Но в какой-то момент они связались между собой и больше не разваливались, оставаясь в стабильном состоянии. Одна из загадок Вселенной – почему это произошло. Одна из задач проекта NICA – создание в лаборатории того вещества, которое было в первые мгновения после Большого взрыва.
«Есть аналогия с чайником: он постепенно нагревает воду до ста градусов. А если бы у нас был чайник, который мог сразу подавать миллион градусов, то вода мгновенно превратилась бы в пар. И пар – это аналог кварк-глюонной плазмы, а вода – привычная нам материя. Но, как оказалось, интереснее посмотреть постепенное нагревание – вода становится мутной, возникают пузырьки, и появляется состояние, когда у нас есть и жидкость, и пар, и кипение – так называемый фазовый переход. То же самое и с обычной материей – у нее тоже есть фазовый переход и, оказалось, что его изучать не менее важно и интересно, чем саму кварк-глюонную плазму. Переход осуществляется на более низких энергиях: не на таких, как в Большом андронном коллайдере, поэтому NICA изначально строится под ту область энергий и плотностей, в которые у нас будет фазовый переход и в которых мы будем видеть, как материя из обычного состояния переходит в кварк-глюонную плазму и обратно. Помимо этого, с помощью установки NICA можно лучше понять природу возникновения и существования нейтронных звезд - объектов, имеющих несколько километров в диаметре и с чудовищной массой в несколько Солнечных масс», - пояснил учёный.
Как отметил Сергей, в теории Большого взрыва, описывающей возникновение и эволюцию Вселенной, есть белые пятна, которые необходимо изучать. Эксперименты на коллайдерном комплексе NICA в этом помогут.
NICA - не просто коллайдер. Его часто так называют, но на самом деле это ускорительный комплекс, который будет работать как в коллайдерной моде (когда ускоренные пучки сталкиваются внутри самого ускорителя друг с другом), так и на фиксированной мишени (когда пучки выводятся в отдельный павильон и сталкиваются с неподвижной мишенью). Первый эксперимент на комплексе называется BM@N. На сегодняшний день в нем прошло восемь сеансов, семь из них - технические.
«Сеанс – это когда мы несколько недель или месяцев получаем пучок из Нуклотрона, сталкиваем его с мишенью, что-то регистрируем и записываем в хранилище данных. Во время технических сеансов мы проверяем, что и как работает, настраиваем детекторы, фиксируем какие-то данные. А в ходе физического сеанса уже был набор экспериментальных данных для дальнейшего анализа, в которых насчитали полмиллиарда событий», - добавил Мерц.
Слово «событие» в экспериментальной физике – акт столкновения иона пучка с ядром мишени, когда пучок ускоряется в Нуклотроне, затем переводится по каналу транспортировки дальше к экспериментальной установке и при попадании иона из пучка в мишень происходит взаимодействие: рождаются вторичные частички. Их регистрируют и говорят, что произошло событие. Реализация прошедшего сеанса ознаменовала старт физической программы на коллайдерном комплексе NICA.
Регистрация такого количества событий, по словам Сергея, дает понять, что ученые, работающие над проектом, могут управлять пучком на высоких энергиях и что алгоритмы восстановления данных работают правильно. Сеанс завершился в конце прошлой недели, впереди процесс обработки данных, полученных в ходе него.
«В чем уникальность комплекса NICA: мы можем работать в параллельном режиме. Часть пучков можно будет вывести в коллайдер, где они будут крутиться и сталкиваться друг с другом. В это время можно будет переводить пучки на эксперимент с фиксированной мишенью. И там мы сможем набирать данные для эксперимента BM@N, потом опять на коллайдере. То есть, грубо говоря, эти две моды могут работать параллельно или почти параллельно. И, конечно, эксперимент BM@N будет продолжаться», - добавил Сергей.
Проект NICA был инициирован в начале 2010-х годов. Строительство ускорительного комплекса началось в Дубне в конце 2015 года и на сегодняшний день практически завершено. В реализации разных этапов проекта принимают участие около двадцати стран. Проект BM@N первый, который стартовал на ускорительной установке NICA.
АРХИВ
Недавно на ускорительном комплексе NICA закончился восьмой сеанс эксперимента BM@N (Baryonic Matter at Nuclotron), в ходе которого было зарегистрировано более полумиллиарда событий. Ведущий научный сотрудник ЛФВЭ ОИЯИ, лауреат Всероссийской премии «За верность науке-2022» Сергей Мерц рассказал, что это за события и что такое мегасайенс-проект NICA простыми словами.
«Если мы хотим посмотреть на волоски на коже, то мы возьмем лупу, если хотим увидеть клетки, то берем микроскоп. Для более мелких деталей нам нужен, например, электронный микроскоп. Во всех этих случаях у нас есть поток частиц или света, он рассеивается на поверхности предмета, и мы считываем результат с помощью глаз или других приборов. А если мы хотим глубже заглянуть в материю, то должны нашему пучку придать более высокую энергию, потому что чем выше энергия, тем выше частота излучения и тем более мелкие объекты мы можем просканировать. Соответственно, для проведения эксперимента по исследованию мельчайших частиц материи нам нужен пучок высокой энергии. Он попадает в мишень, рассеивается или как-то еще взаимодействует с ней, и по восстановленной информации мы сможем сказать про структуру того, что было внутри и что же там произошло. Получается, что ускоритель − это большой микроскоп: он нужен для того, чтобы передать большую энергию», - рассказал Сергей.
Большие энергии могут быть разными: в ОИЯИ они на порядки меньше, чем на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. Возникает вопрос: зачем строить что-то еще, если уже есть коллайдеры? Материя, которая нас окружает, в своем нормальном состоянии – то, что называют ядерной или барионной материей. Но в первые мгновения после Большого взрыва она была другой: кварки, которые находятся внутри протонов и нейтронов – опять же, из которых состоит все вокруг нас – были в свободном состоянии. Они могли свободно летать и быть никак не связаны между собой. Но в какой-то момент они связались между собой и больше не разваливались, оставаясь в стабильном состоянии. Одна из загадок Вселенной – почему это произошло. Одна из задач проекта NICA – создание в лаборатории того вещества, которое было в первые мгновения после Большого взрыва.
«Есть аналогия с чайником: он постепенно нагревает воду до ста градусов. А если бы у нас был чайник, который мог сразу подавать миллион градусов, то вода мгновенно превратилась бы в пар. И пар – это аналог кварк-глюонной плазмы, а вода – привычная нам материя. Но, как оказалось, интереснее посмотреть постепенное нагревание – вода становится мутной, возникают пузырьки, и появляется состояние, когда у нас есть и жидкость, и пар, и кипение – так называемый фазовый переход. То же самое и с обычной материей – у нее тоже есть фазовый переход и, оказалось, что его изучать не менее важно и интересно, чем саму кварк-глюонную плазму. Переход осуществляется на более низких энергиях: не на таких, как в Большом андронном коллайдере, поэтому NICA изначально строится под ту область энергий и плотностей, в которые у нас будет фазовый переход и в которых мы будем видеть, как материя из обычного состояния переходит в кварк-глюонную плазму и обратно. Помимо этого, с помощью установки NICA можно лучше понять природу возникновения и существования нейтронных звезд - объектов, имеющих несколько километров в диаметре и с чудовищной массой в несколько Солнечных масс», - пояснил учёный.
Как отметил Сергей, в теории Большого взрыва, описывающей возникновение и эволюцию Вселенной, есть белые пятна, которые необходимо изучать. Эксперименты на коллайдерном комплексе NICA в этом помогут.
NICA - не просто коллайдер. Его часто так называют, но на самом деле это ускорительный комплекс, который будет работать как в коллайдерной моде (когда ускоренные пучки сталкиваются внутри самого ускорителя друг с другом), так и на фиксированной мишени (когда пучки выводятся в отдельный павильон и сталкиваются с неподвижной мишенью). Первый эксперимент на комплексе называется BM@N. На сегодняшний день в нем прошло восемь сеансов, семь из них - технические.
«Сеанс – это когда мы несколько недель или месяцев получаем пучок из Нуклотрона, сталкиваем его с мишенью, что-то регистрируем и записываем в хранилище данных. Во время технических сеансов мы проверяем, что и как работает, настраиваем детекторы, фиксируем какие-то данные. А в ходе физического сеанса уже был набор экспериментальных данных для дальнейшего анализа, в которых насчитали полмиллиарда событий», - добавил Мерц.
Слово «событие» в экспериментальной физике – акт столкновения иона пучка с ядром мишени, когда пучок ускоряется в Нуклотроне, затем переводится по каналу транспортировки дальше к экспериментальной установке и при попадании иона из пучка в мишень происходит взаимодействие: рождаются вторичные частички. Их регистрируют и говорят, что произошло событие. Реализация прошедшего сеанса ознаменовала старт физической программы на коллайдерном комплексе NICA.
Регистрация такого количества событий, по словам Сергея, дает понять, что ученые, работающие над проектом, могут управлять пучком на высоких энергиях и что алгоритмы восстановления данных работают правильно. Сеанс завершился в конце прошлой недели, впереди процесс обработки данных, полученных в ходе него.
«В чем уникальность комплекса NICA: мы можем работать в параллельном режиме. Часть пучков можно будет вывести в коллайдер, где они будут крутиться и сталкиваться друг с другом. В это время можно будет переводить пучки на эксперимент с фиксированной мишенью. И там мы сможем набирать данные для эксперимента BM@N, потом опять на коллайдере. То есть, грубо говоря, эти две моды могут работать параллельно или почти параллельно. И, конечно, эксперимент BM@N будет продолжаться», - добавил Сергей.
Проект NICA был инициирован в начале 2010-х годов. Строительство ускорительного комплекса началось в Дубне в конце 2015 года и на сегодняшний день практически завершено. В реализации разных этапов проекта принимают участие около двадцати стран. Проект BM@N первый, который стартовал на ускорительной установке NICA.
