Все как в космосе: ученые воспроизведут столкновение нейтронных звезд в ускорителе

16.08.2022, 16:43
Аспиранты НИЯУ МИФИ примут участие в эксперименте на установке BM@N в составе научного комплекса «Нуклотрон-NICA» в подмосковной Дубне. В ходе эксперимента будут воссозданы условия, близкие к тем, что в космосе возникают при столкновении нейтронных звезд.
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
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.

Сотрудники МИФИ в Объединенном институте ядерных исследований во время собрания коллаборации MPD (NICA), апрель, 2022 г.

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.

Установка BM@N

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.  

©  Популярная Механика