В Объединенном институте ядерных исследований проводится масштабная модернизация ускорителя Нуклотрон, который станет ключевым инструментом для поисков электрического дипольного момента. Этот проект не только поможет выяснить, почему после Большого взрыва материя победила антиматерию, но и значительно увеличит шансы на обнаружение аксионов — потенциальных кандидатов на роль частиц темной материи.
Нуклотрон представляет собой современный сверхпроводящий ускоритель с уникальным кольцом длиной 251 метр. Он уже доказал свою эффективность при проведении сложных экспериментов с тяжелыми ионами и атомными ядрами, а теперь перед ним открываются еще более амбициозные возможности.
Преимущества нового подхода в поиске дипольного момента
Измерение электрического дипольного момента элементарных частиц — одна из важнейших задач современной физики. Для этого требуется поляризованный пучок, в котором сохраняется когерентность и спины всех частиц движутся строго согласованно. По всему миру для подобных исследований строятся дорогостоящие и сложные специальные установки.
Однако уникальное конструкционное решение, предложенное российскими исследователями, делает поиск значительно доступнее. Оно основано на разделении магнитных и электрических полей внутри ускорителя, что позволяет гибко размещать нужное оборудование прямо в существующем туннеле Нуклотрона. Такой подход минимизирует расходы и избавляет от необходимости строительства новых комплексов, ускоряя научный прогресс и давая Нуклотрону конкурентное преимущество.
Возможности для экспериментов двойного назначения
Модернизированный Нуклотрон сможет выполнять сразу две ключевых функции — быть эффективным инжектором-ускорителем для строящегося коллайдера NICA, который начнет работу в 2025 году, и одновременно оставаться самостоятельной экспериментальной установкой для фундаментальных физико-экспериментальных работ.
Такое интеграционное решение значительно расширяет научный потенциал ускорителя. При необходимости Нуклотрон может использоваться для исследований новых физических явлений, сохраняя свою роль бустера для мегапроекта NICA, что укрепляет и международное сотрудничество, и лидерские позиции российского научного сообщества.
Особенности предстоящей модернизации ускорителя
Ключ к новым возможностям заключён в модернизации магнитооптической структуры ускорителя. Такое техническое обновление не только позволит эффективно контролировать и поддерживать поляризацию пучков, но и откроет двери для экспериментов по поиску электрического дипольного момента легких ядер — дейтрона и протона.
В новой конфигурации кольцо ускорителя будет работать на пониженной энергии порядка 6-8 ГэВ. Это создаст оптимальные условия для особо чувствительных экспериментов при энергии 270 МэВ, а также позволит сохранить важную функцию ускорителя как источника поляризованных пучков для NICA.
Введение фильтров Вина и управление спином частиц
Существенным шагом в модернизации становится создание пространства для размещения прямых фильтров Вина (фака). Чтобы это стало возможным, будет уменьшена общая длина поворотных магнитов при одновременном увеличении их магнитного поля до 1.8 Тл.
Фильтры Вина — устройства, в которых электрические и магнитные поля расположены под прямым углом друг к другу. Благодаря их внедрению на ускорителе реализуется концепция квазизамороженного спина, призванная повысить точность измерения электрического дипольного момента и сделать привлекательной поисковую программу по аксионам — гипотетическим частицам, способным объяснить феномен темной материи.
Инженеры подчеркивают: фильтры Вина позволяют тщательно управлять направлением спина частиц без изменения энергии пучка. Они компенсируют отклонения, вызванные магнитным дипольным моментом в поворотных магнитах и таким образом выделяют сигнал, связанный с электрическим дипольным моментом. Этот технологический прорыв открывает новые горизонты для фундаментальных исследований.
Широкий научный потенциал в поиске темной материи и асимметрии мироздания
За счет модернизации с установкой фильтров Вина Нуклотрон становится мощным инструментом для поиска аксионов — гипотетических частиц темной материи. Согласно теории, при существовании аксионов они создают вокруг себя характерное псевдомагнитное поле. Когда такие поля взаимодействуют с ускоряемыми частицами, начинаются едва уловимые колебания их спинов. Детальный анализ такого поведения позволяет надежно искать аксионы, открывая дорогу к расширению наших знаний о природе темной материи.
Модернизированный ускоритель сможет функционировать в качестве своеобразной широкополосной антенны, регистрируя проявления незримой материи, о существовании которой уже давно спорят ученые во всем мире. Также ожидается, что оборудование позволит эффективно проводить эксперименты по установлению причин доминирования материи над антиматерией, продвигая человечество ближе к разгадке ключевых космологических загадок.
Инновационный вклад в будущее фундаментальной науки
Обновленный Нуклотрон станет неотъемлемой частью международных программ по поиску новой физики и доказательства постулатам современной космологии. Его универсальные технические решения и высокая точность обеспечат реализацию широкого спектра экспериментов будущего — как в вопросах темной материи, так и в изучении симметрии и асимметрии материи и антиматерии во Вселенной.
Разработка и внедрение новых технологий, исходящих из актуальных научных задач, подтверждают позицию института как одной из ведущих научных площадок в мире. Ускоритель не только укрепит позиции российской науки, но и внесет существенный вклад в общее стремление мировой научной среды раскрыть природу нашего мироздания.
