На коллайдере NICA пучок ионов провели от бустера к нуклотрону
Физики впервые провели пучок ионов железа от промежуточного синхротрона (бустер) к сверхпроводящему ускорителю (нуклотрон) на ускорительном комплексе NICA в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. Эти две установки созданы для ускорения и подготовки пучка перед попаданием в коллайдер. Таким образом, ученые вплотную приблизились к запуску инжекционного комплекса коллайдера: завершение этого этапа строительства NICA планируется на декабрь 2021 года, сообщила пресс-служба ОИЯИ.
NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) — коллайдерный комплекс, который с 2013 года строится в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. Одной из основных задач комплекса является изучение свойств кварк-глюонной плазмы — агрегатного состояния вещества, в котором кварки и глюоны выходят из связанного состояния и ведут себя как ионы и электроны в обычной плазме. Для изучения кварк-глюонной плазмы физики сталкивают ускоренные ионы, в области перекрытия которых и рождается это состояние вещества с крайне высокими температурой и плотностью. Подробнее о том, как именно ученые планируют использовать NICA, можно прочитать в нашем материале «Маленький взрыв».
Для того чтобы при столкновении ионов родилась кварк-глюонная плазма, их нужно ускорить до релятивистских энергий. Причем для этого нельзя сразу использовать коллайдер: перед попаданием в него пучок ионов должен быть предварительно ускорен. Для этого (а также для подготовки структуры самого пучка) у любого коллайдера есть инжекционный комплекс. В случае NICA он состоит из источника ионов, линейных ускорителей HILac и Лу-20, а также промежуточного синхротрона (бустер) и сверхпроводящего ускорителя (нуклотрон). Бустер был построен внутри магнитов Синхрофазотрона, а к концу 2020 года он успешно прошел испытания. Предполагается, что эта часть инжекционного комплекса NICA будет ускорять ионы золота до энергии порядка 600 мегаэлектронвольт на нуклон. Затем ионы должны будут попадать в нуклотрон, построенный в ОИЯИ еще в 1992 году: он в состоянии разогнать их до энергии от 1 до 4,5 гигаэлектронвольт на нуклон.
Теперь же ученые успешно провели пучки ионов по каналу, идущему от бустера к нуклотрону. До 20 сентября для пусконаладки использовали легкие ионы гелия, после чего физики перешли на работу с более тяжелыми ионами железа Fe+14. Также были проведены измерения радиационного фона вокруг инжекционного комплекса для работ по созданию биологической защиты и сертификации безопасности установки. Кроме того, исследователи протестировали системы инжекции и электронного охлаждения пучка.
Чтобы завершить строительство инжекционного комплекса для NICA, физикам осталось смонтировать систему инжекции пучка в нуклотрон. Сама система будет состоять из двух устройств: магнита Ламбертсона и импульсного ударного магнита (кикера). Предполагается, что уже в ноябре 2021 года эти два элемента будут установлены на нуклотрон, а в декабре инжекционный комплекс будет готов к первым физическим экспериментам. В частности, проведенные через нуклотрон ионы железа могут использоваться для радиобиологических исследований и экспериментов, связанными с полетами в космос.
Ожидается, что первый запуск коллайдера NICA будет проведен в 2022 году. Однако на некоторых установках комплекса уже давно идут эксперименты: работает установка BM@N, с помощью которой проводят исследования на ускорителе с фиксированной мишенью.
Ее температура на прямом солнце оказалась до двух градусов ниже окружающего воздуха
Китайские ученые разработали многослойные цветные пленки, которые могут охлаждать поверхность до двух градусов Цельсия по сравнению с температурой окружающей среды. Высоко-насыщенный цвет этих пленок — до 100 процентов цветопередачи — виден в широком диапазоне углов (± 60 градусов). На создание такой структуры физиков вдохновили бабочки вида Morpho menelaus. Статья опубликована в журнале Optica. Большинство искусственно созданных красок работают из-за поглощения части диапазона видимого света, что может приводить к существенному нагреву окрашенных ими предметов. Чтобы предотвратить нежелательный нагрев часто используют белую краску, которая практически полностью отражает солнечную энергию. Создание разноцветных поверхностей, которые при этом не нагреваются — до сих пор сложная задача. Однако в природе встречается и другой способ цветовой передачи. Например у некоторых бабочек цвет крыльев возникает при возникновении интерференции из-за специфического отражения света от периодической структуры их крыльев. Ван Гопин (Guo Ping Wong) с коллегами из Шеньчжэньского университета предложили свое решение проблемы нагрева окрашенных поверхностей, как раз вдохновившись структурой крыльев бабочек M. menelaus. Благодаря многослойности и наличию неупорядоченных компонентов, крылья бабочек этого вида передают высокую насыщенность синего цвета в широком угле обзора. Ученые воссоздали аналогичную структуру, поместив нескольких слоев из оксидов титана TiO2 и кремния SiO2, на матовое стекло, расположенное на отражающей серебряной поверхности. Ученые оптимизировали толщину верхних слоев и добились полного отражения нежелательного желтого света. При этом синий свет свободно проникал через верхнюю многослойную структуру, испытывал диффузное отражение от неупорядоченного матового стекла, отражался от серебряного зеркала и, возвращаясь через верхнюю многослойную структуру, обеспечивал насыщенный синий цвет образца. В результате ученым удалось добиться высокой насыщенности синего цвета, до 100 процентов, в угле обзора ±60 градусов, за исключением узкого диапазона — зеркального по отношению к падающему свету — в котором отражался желтый цвет. При этом эта пленка обеспечила охлаждение до двух градусов Цельсия ниже температуры окружающей среды, что сравнимо с эффективностью бесцветной охлаждающей пленки на основе серебра и полидиметилсилоксана (ПДМС). Охлаждение образца происходило за счет высокой эффективности диффузного отражения синей части спектра, малого поглощения нежелательной части видимого спектра и ближнего инфракрасного излучения, а также из-за высокого излучения в среднем инфракрасном диапазоне. Ученые создали по той же технологии образцы различных цветов и экспериментально измерили их способность охлаждать поверхности, располагая их на крыше здания института и на автомобилях. Обычная синяя краска при температуре воздуха 27 градусов Цельсия и на прямом солнце нагревалась в этих экспериментах до примерно 70 градусов. А образцы новой пленки в тех же условиях продемонстрировали температуру поверхности до 45 градусов ниже. Авторы статьи подсчитали, что за обычный метеорологический год в Шеньчжене замена обычной синей краски на охлаждающую могла бы привести к сохранению около 1377 мегаджоулей на квадратный метр энергии, требующейся на охлаждение. Ученые полагают, что дальнейшая оптимизация структуры пленок, например замена серебра на многослойный диэлектрик, позволит еще больше увеличить охлаждающий эффект. Ученых не в первый раз привлекла способность неупорядоченных структур в природных объектах к охлаждению. Они хорошо рассеивают солнечный свет, что можно использовать, например, для предотвращения таяния льдов.