Ученые из Дубны готовятся открыть 119-й элемент таблицы Менделеева
Детально рассмотреть процесс мироздания... Ни много ни мало, – к этому стремятся исследователи известного на весь мир научного центра, расположенного в Дубне. Здесь, в единственном городе Московской области, стоящем на берегу Волги, построен комплекс по исследованию критических состояний ядерной материи, возникших после Большого взрыва. В год своего 70-летия, который отмечался 26 марта, в ОИЯИ пообещали начать экспериментальные исследования на коллайдере NICA, впервые фиксируя продукты столкновения частиц.
Обыватель пожмет плечами: зачем строят так много коллайдеров, – неужели ученым мало самого крупного Большого адронного коллайдера (БАК), расположенного между Францией и Швейцарией? Кроме него есть еще штук пять – в США, Японии, Китае, в Институте ядерной физики РАН, теперь вот появился новый – в Дубне.
В Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ мне объяснили, что у всех коллайдеров разные задачи. К примеру, целью NICA будет детальное изучение кварк-глюонной плазмы, которая рождается при столкновении пучков частиц тяжелых металлов друг с другом.
Если ранее фундаментальными частицами считались атомы, затем компоненты его ядра – протоны и нейтроны, то теперь ученые проникли дальше в глубины материи, добрались до кварков и глюонов, которые теперь вместо атома занимают пьедестал фундаментальных, неделимых элементарных частиц, составляющих основу материи.
- В БАКе тоже сталкивают частицы и тоже получают кварк-глюонную плазму, – поясняет мне сотрудник лаборатории Григорий Ткачев. – Но там ученые работают с огромными энергиями, не позволяющими рассмотреть процесс зарождения плазмы более детально. Возьмем, к примеру, процесс закипания воды: при огромной температуре она сразу испаряется. Примерно то же самое происходит и в БАКе при переходе материи в плазму с энергией в 13 тераэлектронвольт — 13ТэВ. В российском же новом кольцевом ускорителе NIСA при меньшей энергии мы надеемся этот переход зарегистрировать в моменты столкновения частиц. То есть хотим детально рассмотреть момент распада протонов на составляющие их кварки во всех подробностях. NICA в свое время и закладывалась по договоренности между ЦЕРНом (Европейской организацией по ядерным исследованиям) и ОИЯИ как ускоритель для изучения такого переходного процесса.
По словам директора ОИЯИ, академика РАН Григория Трубникова, в настоящее время завершается технический этап подготовки коллайдера к физическим экспериментам, которые должны начаться уже в четвертом квартале 2026 года. Это произойдет, когда детектор MPD c огромным магнитом-соленоидом (от греческого – solen — «трубка») весом 1300 тонн встанет на свое штатное место и будет фиксировать продукты столкновения частиц висмута, золота, свинца и других элементов друг с другом.
Пока же этот детектор грозно встретил нас на входе в экспериментальный павильон, – размеры его впечатляют! Но когда-то давно, еще в 50-х годах, в Дубне был создан самый большой в мире сверхпроводящий магнит для здешнего синхрофазотрона (да-да, того самого, о котором пелось в «Песенке первоклассника»). Его диаметр был 60 метров, в несколько раз больше, чем у современного, а вес – 36 тысяч тонн (!). По словам ведущего научного сотрудника лаборатории Сергея Мерца, такая масса суммарно соответствовала массе всех танков, которые участвовали в битве на Курской дуге.
– Почему для проведения реакций с микрочастицами нужны такие гигантские магниты-трубы (соленоиды)? – спрашиваю я у Сергея Мерца.
- Они нужны для создания большого магнитного поля в коллайдере, которое удерживало бы и направляло к столкновению крошечные частицы (протоны), летящие почти со скоростью света. Без мощного магнитного поля частицы просто вылетели бы сквозь трубу, не пройдя по кольцу.
Кроме огромного магнита для детектора еще сотни сверхпроводящих его собратьев меньшего размера составляют основное кольцо коллайдера NICA.
Справка «МК». Комплекс NICA состоит из двух источников частиц, двух линейных ускорителей для тяжелых ионов и протонов, кольцеобразного бустера (предускорителя для тяжелых ионов), нуклотрона (второго предускорителя) и, собственно, самого коллайдера, где разогнанные пучки частиц будут сталкиваться между собой. Предускорители нужны для поэтапного их разгона.
– У каждого магнита – своя конфигурация, – поясняет Сергей Мерц, – какие-то нужны, чтобы пучок завернуть, какие-то – чтобы ускорить, какие-то – чтобы поджать, потому что ионы, они же, как малые дети, все хотят разбежаться (Улыбается).
Чтобы читателю было понятнее выражение «поджать»... Как рассказали в ОИЯИ, сила сжатия материи в NICA будет такой, как если бы мы Солнце сжали до размеров Москвы.
Что касается другого, более прикладного предназначения коллайдера, его, по словам, ученых, нет. Пока нет, – ведь, как показывает история науки, все фундаментальные исследования рано или поздно превращаются в прикладные. Также нет пока особого применения и для новых элементов, открытых учеными из Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова. Это 104-й – резерфордий (Rf), 105-й – дубний (Db), 106-й – сиборгий (Sg), 107-й – борий (Bh), 113-й – нихоний (Nh), 114-й – флеровий (Fl), 115-й – московий (Mc), 116-й – ливерморий (Lv), 117-й – теннессин (Ts), 118-й – оганесон (Og). Сейчас ученые готовятся открыть еще один. Речь идет о 119-м сверхтяжелом элементе Периодической таблицы.
– Попытками синтеза 119-го элемента, – говорит Григорий Трубников, - занимаются сейчас и несколько стран за рубежом, таких как Германия и США, но пока безуспешно. Мы выбрали в качестве мишени (для получения элемента) изотоп берклия, – в конце апреля к нам в Дубну должны «приехать» 25 миллиграмм этого вещества. А пучок, который будет облучать мишень, – это титан 50-й (один из изотопов титана. – Авт.). Первый эксперимент продлится 4 месяца – с мая этого года до середины сентября.
Проведение фундаментальных исследований не исключает и множества экспериментов прикладного характера, которые проводятся в ОИЯИ на различных ускорителях большого ускорительного комплекса. В частности, на них облучают микросхемы для исследования их устойчивости к радиации, проводят целый спектр экспериментов по влиянию радиации на биологические объекты – от растений до животных. «Нам хотелось бы достичь понимания того, как космическая радиация воздействует на человеческое тело не только с точки зрения развития онкологии, но и с точки зрения изменения когнитивных способностей», – пояснил директор института.
Итак, помимо заглядывания в прошлое Земли, которое было в первые мгновенья после Большого взрыва, изучая фазовый переход от материи к плазме, дубнинские ученые не забывают и о будущем, в частности, готовят научную базу для полетов человека к другим планетам. И, между прочим, не только констатируют высокий уровень радиации там, но и разрабатывают способы защиты от ее повышенных доз: создают специальные материалы и участвуют в создании фармпрепаратов от повреждений человеческих клеток космическими лучами.