Великие открытия в истории физики часто связаны с исследованием вещества в экстремальных условиях.
Так, физика микроскопических размеров основана на квантовомеханических принципах, в то время как физика
сверхвысоких скоростей на специальной теории относительности. В конце 90-х годов прошлого столетия результаты
экспериментальных исследований центральных столкновений ультрарелятивистских тяжелых ионов продемонстрировали
возможность наблюдения новых явлений – деконфайнмента и восстановления киральной симметрии в ядерной материи
при сверхвысокой плотности энергии. Расчеты в рамках Квантовой ХромоДинамики (КХД) предсказывают, что при достаточно
высоких температурах ядерная материя может перейти в состояние, в котором кварки и глюоны, обычно связанные
и локализованные внутри адронов, становятся свободными в пространственных объемах существенно превышающих
размеры этих адронов и даже размеры тяжелых ядер. Более того, оказалось, что в созданной системе довольно
быстро устанавливается химическое и термодинамическое равновесие, т. е. в течение небольшого промежутка времени
ядерная материя может существовать в форме Кварк-Глюонной Плазмы (КГП). Согласно космологическим моделям
эволюции, именно в этом состоянии существовала Вселенная спустя несколько микросекунд после Большого Взрыва.
Другой экстремальный предел на фазовой диаграмме – состояние барионной материи при сверхвысоких плотностях
в виде кварковой плазмы возможно реализуется в коре нейтронных звезд.
Экспериментальное и теоретическое исследование этих проблем отмечено, как одно из наиболее приоритетных направлений в ядерной физике на ближайшее десятилетие.
Именно на решение этих задач направлены усилия четырех коллабораций (PHENIX,
STAR, PHOBOS и
BRAHMS)
в экспериментах на уже действующем ускорительном комплексе ультрарелятивистских тяжелых ионов
RHIC в Брукхейвенской Национальной Лаборатории
(BNL) в США. На этом ускорителе сформированы встречные пучки ионов золота,
ускоренных до энергий 100 A GeV, и, согласно оценкам, в центральных столкновениях этих ядер уже достигнута
плотность энергии выше 5 GeV/fm**3 .
При анализе данных, накопленных к настоящему времени в экспериментах на
RHIC, уже обнаружен ряд признаков, указывающих на проявление эффекта деконфайнмента. Более того, вопреки ожиданиям, основанным на свойстве асимптотической свободы КХД, оказалось, что свойства сформированной в центральном взаимодействии ионов золота среды близки к свойствам почти идеальной сильновзаимодействующей кварк-глюонной жидкости, а не плотного газа слабовзаимодействующих кварков и глюонов.
Детальное исследование этого яркого явления продолжается в экспериментах на
RHIC и в
CERN
на Большом Адронном Коллайдере
(LHC - Large Hadron Collider)
в эксперименте коллаборации ALICE.
Изучение перехода ядерного вещества в состояние кварковой плазмы при сверхвысоких барионных плотностях запланировано в экспериментах CBM на
FAIR (Дармштадт) и
в экспериментах
MPD и SPD на ускорительном комплексе NICA (Дубна).
ПИЯФ активно участвует в этих исследованиях
в рамках коллабораций PHENIX, ALICE,
CBM.
Подробнее о деятельности РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ смотрите
на странице сайта
Лаборатории релятивистской ядерной физики
и здесь (полный текст файла из 3-х страниц смотрите в отдельном окне):
Проект
CBM в FAIR (GSI, Германия).
Широкий спектр фундаментальных физических явлений характерен для исследования свойств ядерной материи при барионных плотностях в несколько раз
превышающих ядерную плотность и сравнительно низких температурах до 10 – 100 МэВ. В этой области может возникать смешанное состояние кварковой
и барионной материй, происходить фазовый переход с восстановлением киральности и переход в фазу кварковой материи, могут существовать
пространственно-неоднородные фазы типа «кристалл». Весь спектр этих состояний характерен для физики внутренних слоев и коры нейтронных звезд.
Формирование состояния ядерной материи с высокой барионной плотностью в лаборатории возможно, используя столкновения пучков тяжелых ионов
с энергиями в интервале (2 – 10) ГэВ/нуклон. Именно на исследования в этой области нацелены эксперимент
MPD
на строящемся коллайдере NICA (ОИЯИ, г. Дубна) и эксперимент
CBM
на ионных пучках будущего ускорительного комплекса FAIR (GSI, Германия).
Центр по исследованию антипротонов и ионов FAIR – это строящийся в г. Дармштадт, Германия, уникальный исследовательский центр.
Комплекс будет состоять из линейного ускорителя, действующего ускорителя проекта SIS18, накопительных колец и ускорителя SIS100,
который в последствии будет модернизирован (проект SIS300). Пучок будет выводится в различные экспериментальные залы для проведения
соответствующих экспериментов. FAIR является эволюцией существующего научного центра по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца GSI
и значительно расширит его возможности...
Одновременно, начиная с 2003 года ПИЯФ участвует в разработке и создании мюонного спектрометра MuCh и кольцевого черенковского
детектора RICH для эксперимента СВМ. Для реализации физической программы эксперимента CBM регистрация и идентификация лептонов в области малых
поперечных импульсов является критичной. Поэтому к детекторам RICH и MuCh предъявляются жесткие требования, а их проектирование
и изготовление является сложной задачей, требующей привлечения квалифицированных специалистов и специализированных производств...
Подробнее об исследованиях CBM можно узнать из файла
"CBM_v1.pdf".
(Более подробная информация об участии ПИЯФ в эксперименте CBM в статье сборника
"ОФВЭ в 2013-2018" - страницы 362-369).