Все как в космосе: ученые воспроизведут столкновение нейтронных звезд в ускорителе
В сентябре молодые ученые приедут в Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне для участия в эксперименте, в ходе которого будет проведена бомбардировка ядер цезия ядрами ксенона при энергиях от 2.3 до 3.5 гигаэлектронвольт. В результате получится воссоздать условия, близкие к тем, что возникают во Вселенной при столкновении нейтронных звезд – уникальных астрономических объектов, состоящих в основном из нейтронов и отличающихся огромным давлением и плотностью.
Масса типичной нейтронной звезды сопоставима с массой солнца при диаметре в 10-20 километров.
Как рассказал ведущий научный сотрудник кафедры физики конденсированных сред НИЯУ МИФИ, доцент Аркадий Тараненко, новый эксперимент будет служить пониманию процессов, происходящих в нейтронных звездах, что важно для лучшего понимания эволюции Вселенной. Ведь именно нейтронные звезды во многом ответственны за появление в природе тяжелых элементов, таких как золото, свинец и уран. Но еще важнее то, что эксперимент должен прояснить процесс перехода вещества в необычные агрегатные состояния, возникающие только при очень высоких температурах и плотностях энергии.
Такие состояния, нетипичные для земных условий, физики называют «сильновзаимодействующей материей». В частности, речь идет о так называемой адронной материи (когда вещество представляет собой смесь взаимодействующих частиц – мезонов и барионов), которая, в свою очередь, предшествует еще более высокоэнергетическому состоянию – кварк-глюонной материи. В природе подобная материя образуется лишь при слияниях нейтронных звезд или в центре сверхновых.
Хотя эти состояния уже неоднократно получались на ускорителях разного типа, в настоящее время ученым предстоит исследовать подробности фазовых переходов материи из одного состояния в другое.
Особый интерес физики проявляют к малоизученной области энергий ядро-ядерных столкновений от 2 до 10 ГэВ. Эксперименты при таких энергиях столкновения позволяют достичь в лабораторных условиях барионных плотностей, превышающих плотность нормальной ядерной материи в 5-10 раз. Одна из ключевых научных задач международных экспериментов на ускорительном комплексе Nuclotron-NICA — изучение свойств сильновзаимодействующей материи при больших барионных плотностях.
Интересно, что ускорительный комплекс Nuclotron/NICA с многоцелевым детектором MPD и установкой «Барионная материя» на Нуклотроне BM@N — самый крупный для современной России проект в области физики высоких энергий.
Участие НИЯУ МИФИ в работе коллайдера NICA происходит при поддержке программы Приоритет 2030. Благодаря этой программе университет совместно с НИЦ «Курчатовский Институт» и ОИЯИ готовится к следующему эксперименту многоцелевого детектора в 2024 году: в ходе него частицы будут разогнаны до еще более высокого уровня энергии, чем в эксперименте BM@N. В частности, при помощи сотрудников МИФИ разрабатывается программное обеспечение для Национальной исследовательской компьютерной сети России «НИКС», на которой будут обрабатываться данные, полученные в ходе экспериментов в Дубне.