Начались эксперименты по программе коллайдера NICA. Сам коллайдер достроят в 2021 году
Физики из Объединенного института ядерный исследований в Дубне и их зарубежные коллеги начали эксперименты по программе коллайдера тяжелых ионов NICA, хотя сам коллайдер и даже здание для него пока не построены — эксперименты идут на ускорителе Нуклотрон, где ученые сталкивают ядра углерода и водорода, сообщил N+1 руководитель проекта NICA Владимир Кекелидзе.
Коллайдер NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) строят в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне с 2013 года, в этом уникальном ускорителе будут сталкиваться пучки тяжелых ионов.Главная задача установки — исследование кварк-глюонной плазмы. Это экстремальное состояние вещества, где кварки и глюоны, из которых состоят протоны и нейтроны, могут находиться в свободном состоянии. Как полагают ученые, кварк-глюонная плазма существовала в первые мгновения после Большого взрыва. Коллайдер строится на базе существующего сверхпроводящего ускорителя Нуклотрон, который станет «первой ступенью» будущей установки.
«NICA пока еще не построена, даже здание, где она будет расположена, закончат только в следующем году. Но эксперименты начались в рамках научной программы NICA, она имеет несколько этапов. Один из этапов — не на коллайдере, а на ускорителе с фиксированной мишенью», — сказал Кекелидзе.
Из Нуклотрона, где разгоняются тяжелые ядра, выведено несколько линий и есть мишени, с которыми сталкиваются ионы. В рамках программы NICA был запущен один эксперимент — Baryonic Matter at Nuclotron (BM@N). Ядра углерода разгоняются и сталкиваются с криогенной мишенью — жидким водородом. «Это исследование позволяет нам снизу расширить энергетический диапазон исследуемых процессов, это более низкая энергия. Это край нашего диапазона по энергии, а коллайдер будет „сверху“. В этом первом эксперименте мы решаем интереснейшую задачу изучения взаимодействия протонов в ядре в тот момент, когда силы притяжения, связанные с сильным ядерным взаимодействием, сменяются отталкиванием», — объясняет Кекелидзе.
По его словам, этот эксперимент можно осуществить только на нуклотроне, поэтому в нем участвуют ученые из американской лаборатории имени Джефферсона, пяти американских университетов, включая MIT, университета Тель-Авива, ряда институтов из Германии и Франции. В дальнейшем подобные эксперименты будут проводиться с ядрами аргона и криптона, и здесь физики уже подойдут ближе к рождению кварк-глюонной плазмы, которую будет исследовать коллайдер NICA. Строительство коллайдера планируется закончить в 2020-2021 годах.
Сергей Кузнецов
Для этого он снимал на видео и моделировал работу этой игрушки
Американский физик экспериментально и теоретически исследовал вращение нити в стрингшутере — игрушке, в которой небольшие вращающиеся колеса формируют в воздухе стабильные нитевые петли. Построенная ученым модель хорошо объяснила опыт и при этом оказалась достаточно простой, чтобы использовать ее на занятиях по механике. Исследование опубликовано в The Physics Teacher. Стрингшутер (иногда струнный шутер) — это игрушка, представляющая собой длинную замкнутую нить, вращающуюся вдоль своей длины под действием управляющих колесиков или валов подобно лассо. Замечательная особенность стрингшутера в том, что при правильных условиях в воздухе образуется стабильная веревочная петля, по которой можно запускать волны. Этот факт привлек внимание физиков сравнительно недавно и получил удовлетворительное математическое объяснение. Вместе с тем, игрушка могла бы стать хорошим дидактическим материалом при изучении физики, поэтому было бы полезно построить достаточно простую теорию, описывающую петлю, но в то же время объясняющую эксперимент. Сделать это удалось Карлу Мамола (Karl Mamola) из Аппалачского университета. Он записал систему простых уравнений для петли стрингшутера и численно решил их, сравнив результат с вращением нити в настоящей игрушке, а также показал, откуда возникает ее устойчивость. Чтобы двигающаяся петля оставалась в равновесии, необходимо, чтобы была равна нулю не только действующая на нее равнодействующая сила, но и полный момент сил. Особенность игрушки в том, что колеса не создают такого момента, поскольку прилагаемая ими сила имеет нулевое плечо. Аэродинамической подъемной силы в этом случае также не возникает из-за того, что воздушный поток вокруг нити симметричный. Вместо этого воздух создает силу сопротивления, зависящую от скорости. А поскольку модуль скорости постоянен вдоль нити, то таким же свойством обладает и сила сопротивления. Ее интегральное действие на всю петлю формирует момент сил, направленный противоположно гравитационному моменту и обеспечивающий равновесие. С учетом этого факта физик рассмотрел бесконечно малый участок нерастяжимой и абсолютно гибкой нити и записал для него второй закон Ньютона для движения и вращения. Численное интегрирование этих уравнений способно восстановить форму петли, для чего ученому нужны были какие-то конкретные параметры петли. Он взял их из эксперимента с реальной игрушкой, произведенной фирмой LoopLasso, с нитью стрингшутера длиной 3,08 метра и массой 2,72 грамма и диаметром колес 2,7 сантиметра. Боковая фотография нити и ее последующая оцифровка позволили получить координаты участков петли и ее общие параметры: размер, угол запуска и угол возврата. Также физик пометил один из участков нити маркером, что позволило вычислить скорость нити по видео — она составила 7,5 метра в секунду. Автор использовал добытые параметры в моделировании. Единственную неизвестную величину — коэффициент сопротивления — он извлек из подгонки с наилучшим соответствием. Результаты моделирования оказались в хорошем согласии с опытом. Отклонения наблюдались только в области большой кривизны — физик связал это с невыполнением требования абсолютной гибкости. На основе развитой модели он также показал, что момент силы тяжести уравновешивается сопротивлением воздуха вдоль всей нити. Ранее мы рассказывали, как физики объясняют механику других повседневных вещей и явлений: падения бутерброда маслом вниз, живучесть кошек при падении с высоты и переноску чашки с кофе.