V ruské Dubně vzniká unikátní zařízení na srážení iontů

Letos slaví 65. výročí Spojený ústav jaderných výzkumů (SÚJV) v ruské Dubně, jedno z nejvýznamnějších pracovišť základního výzkumu na světě. Čeští vědci se zde podílejí na stavbě unikátního experimentálního komplexu, srážeče NICA, který vědcům otevře okno ke zkoumání vzniku vesmíru.

Historie

Výzkumný ústav v Dubně, 125 km severně od Moskvy, byl založen v r. 1956, aby sdružil vědce z tehdejšího „východního bloku“ a stal se jakýmsi protipólem švýcarského CERNu. Celosvětově proslul díky objevům supertěžkých prvků, jejichž rostoucí poločasy rozpadu ukazují na existenci tzv. ostrova stability. V Dubně se tyto nové prvky připravují z materiálů dodaných z USA, které zpracovává firma TVEL do podoby terčového materiálu. (Mimochodem název 105. prvku Mendělejevovy tabulky, dubnia, je odvozen z názvu města.) 

Současnost 

SÚJV spolupracuje s Rosatomem na vývoji impulzního reaktoru na bázi neptunia, který by měl na konci 30. let tohoto století nahradit stávající dubněnský reaktor na bázi plutonia. Dohoda o spolupráci zahrnuje řadu dalších významných vědeckých projektů, včetně stavby srážeče NICA

a urychlovače s názvem Továrna na supertěžké prvky. 

Český přínos 

Bývalé Československo bylo v 50. letech minulého století jedním ze zakládajících členů mezinárodního ústavu SÚJV. Díky vysoké úrovni zdejšího jaderného výzkumu získali naši vědci ihned po založení ústavu výraznou roli, kterou si udržují dodnes. Prvním zástupcem ředitele ústavu byl prof. Václav Votruba. Dlouholetým zástupcem ředitele SÚJV je dnes český jaderný fyzik Richard Lednický, který je i členem výkonného výboru projektu NICA. Kromě něj jsou do projetu zapojeni i další čeští vědci, kteří v Dubně působí.

Pro tento projekt dodaly české firmy některá zařízení. Velkou zásluhu na zabezpečení vysokých nároků na vakuum ve všech částech  komplexu urychlovače má firma Vakuum Praha. Vítkovice Heavy Machinery prováděly konečné vysoce přesné opracování železné části magnetu pro mnohaúčelový detektor (MPD, Multi Purpose Detector). Do projektu byly dále zapojeny firmy Ateko, KOPOS Kolín, Nuvia, PSJ, TENEZ Chotěboř a Transa Chrudim. 

NICA – okno do mikrosvěta 

Název NICA je zkratka Nuclotron based Ion Collider fAcility. Srážeč NICA bude sloužit k urychlování a srážení těžkých iontů a využije stávající Nuclotron, supravodivý synchrotron, což je jediný urychlovač tohoto typu na euroasijském kontinentu. Okolo něj nyní vzniká řada nových a jedinečných vědeckých zařízení včetně nového srážeče. Nuclotron bude urychlovat protony a deuterony (včetně polarizovaných) a iontové svazky až po těžké ionty zlata. Vědcům NICA pomyslně umožní, aby se vrátili o 13 miliard let zpátky a sledovali, co se dělo krátce po vzniku našeho vesmíru. To znamená, že po srážkách částic bude vznikat hmota s podobnou charakteristikou, jakou měla hmota po velkém třesku - tzv. kvark-gluonové plasma, charakteru horké a husté baryonové hmoty v širokém energetickém rozsahu.

Co se bude zkoumat 

V základní konfiguraci projektu se budou srážet těžké ionty až do energie 11 GeV s průměrnou hustotou toku L = 10²⁷ cm^-2s^-1, která umožní studovat jadernou hmotu ve stavu maximální baryonové hustoty, což zatím v jiných laboratořích světa nelze. (Hustota toku částic je počet částic, které projdou za danou dobu danou plochou dělený touto dobou a obsahem této plochy.) Kromě toho budou k dispozici srážky protonů a deuteronů s podélnou a příčnou polarizací v energetickém rozsahu až do 27 GeV, se zářivostí až 10³² cm^-2s^-1. Tyto podmínky umožní zkoumat struktury nukleonových spinů a objasnit nejdůležitější otázky původu spinů.

Nejdůležitější zkoumané okruhy budou:

• Povaha a vlastnosti silných interakcí mezi elementárními složkami standardního modelu částicové fyziky - kvarky a gluony.
• Hledání známek fázového přechodu mezi hadronovou hmotou a kvark-gluonovým plazmatem (QGP); hledání nové fáze baryonové hmoty.
• Studium základních vlastností silného interakčního vakua a symetrií kvantové chromodynamiky (QCD). 

Jaké budou k dispozici urychlovače a detektory 

Srdcem komplexu NICA je zdokonalený urychlovač „Nuclotron“ (v JINR pracuje od roku 1993). U interakčních prstenců NICA se předpokládají dva srážecí body: jeden pro studium těžkých iontů s mnohoúčelovým detektorem (MPD) a druhý pro polarizované paprsky pro experiment SPD (Spin Physics Detector).
Výstavba začala v r. 2013, zařízení by mělo být poprvé spuštěno na konci roku 2022 a výzkum se naplno rozjede v roce 2025. 

Videa a více o projektu zde NICA - Nuclotron-based Ion Collider fAcility (jinr.ru)