С 5 по 7 июня прошло третье ежегодное собрание коллаборации HED@FAIR (High Energy Density Science at FAIR), организованное Институтом лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ (Институт ЛаПлаз) с участием GSI/FAIR, Дармштадт, Германия.
FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) – международный проект нового исследовательского комплекса на базе многоцелевого ускорителя с параметрами ионных пучков, антипротонов и радиоактивных ядер, не имеющих аналогов в мире и открывающих уникальные возможности для проведения исследований по актуальным направлениям современной науки. FAIR будет изучать свойства фундаментальных частиц и то, как эти частицы объединяются в более сложные формы материи в широком диапазоне астрофизических условий с помощью разработанных уникальных методов.
Эти эксперименты будут логически дополнять исследования, проводимые в настоящее время в самых передовых международных центрах, таких как ЦЕРН (Женева), Брукхейвенская Национальная Лаборатория (США), Фермилаб (США), фабрика радиоактивных пучков в РИКЕН (Япония) и др.
HED@FAIR – это одна из коллабораций FAIR, которая занимается вопросами физики высоких плотностей энергии в веществе. Руководителем коллаборации два года назад был избран заместитель директора по научной работе НИЦ «Курчатовский институт» - ИТЭФ, профессор НИЯУ МИФИ д.ф.-м.н. Голубев А.А. Интенсивные пучки тяжелых ионов открывают новые возможности для экспериментального исследования в области высоких плотностей энергии. Уникальная особенность энерговклада пучков тяжелых ионов в вещество обеспечивает быстрый и однородный по объему нагрев макроскопических объемов вещества таким образом, что градиенты температуры и плотности в веществе нагретым пучком ионов значительно меньше, чем при использовании других методов. Ученые намереваются использовать ионный пучок для нагрева вещества – до сотен тысяч градусов. Такие температуры в природе создаются внутри звезд или планет, т.е. в лабораторных условиях с помощью ионных пучков можно создавать условия, схожие с теми, что существуют внутри планет. Это дает возможность изучения материалов при экстремальных условиях, а также изучения процессов формирования звезд или массивных планет.
НИЯУ МИФИ вошел в состав коллаборации в 2017 году. В рамках коллаборации сотрудники Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ участвуют в экспериментах по взаимодействию мощного лазерного излучения с веществом, проводимых в GSI. На кафедре лазерной физики №37 разрабатываются лазерные измерительные системы для исследования вещества в экстремальном состоянии.
Академик РАН В.Е. Фортов, открывая совещание, отметил, что обсуждаемая тематика находится на самом переднем крае науки. Давления, температуры и плотности энергии, которые могут создаваться в веществе под воздействием пучков тяжелых ионов, на сегодняшний день никакими другими способами недостижимы. «Естественно, что здесь мы ожидаем прорывных результатов – и новые фазовые переходы, и новые полиморфные превращения, и новые данные по кинетическим свойствам. Все эти вопросы будут обсуждаться в течение трех дней», – рассказал Владимир Евгеньевич. По его мнению, подобные заседания очень полезны, поскольку позволяют с одной стороны обменяться опытом, а с другой - увидеть новые перспективы, которые очень часто рождаются во время дискуссий.
Далее директор Института ЛаПлаз А.П. Кузнецов сделал для присутствующих небольшую презентацию о НИЯУ МИФИ: он рассказал историю создания, развития и превращение института в современный университет науки и технологий. Андрей Петрович кратко рассказал об Институте ЛаПлаз, который занимается задачами, связанными с применением лазерных и плазменных технологий в физике экстремального состояния вещества, а также о текущих и запускаемых научно-исследовательских проектах. После этого участники собрания представили свои доклады, в которых обсудили предстоящие эксперименты «Фазы 0» и продолжили разработку научной программы коллаборации HED@FAIR.
Стоит отметить, что научная программа создаваемого ускорительного комплекса нацелена на получение не только теоретических знаний. Vincent Bagnoud, руководитель отдела физики плазмы GSI, председатель совета коллаборации HED@FAIR рассказал, что в качестве практического применения полученных результатов можно привести пример протонного микроскопа, который в отличие от рентгенографии, обладает более высокой проникающей способностью и обеспечивает высокое разрешение получаемых изображений (до 10 мкм). Кроме того, протонная радиография применима для лечения рака, поскольку появляется возможность получения изображения в реальном времени, что актуально в случае лечения, например, рака легких, когда облучаемая зона постоянно двигается. Данным вопросом занимается проект PaNTERA (Proton Therapy and Radiography), который реализуется коллаборацией совместно с биофизическим направлением проекта FAIR.
Говоря о важности проведённой встречи, председатель совета коллабоарции HED@FAIR отметил, что в рамках научной программы коллаборации будут проводиться несколько экспериментов, использующих одно и то же оборудование. Для этого требуется большое количество переговоров, координации, обсуждение технических аспектов, которые проходят в том числе и в рамках подобных собраний: «Это уже третья наша встреча, первая на территории России. Но отмечу, что несмотря на то, что наша коллаборация достаточно молодая, всего два года, взаимодействие между GSI и институтами и университетами России в сфере физики плазмы насчитывает несколько десятилетий. Уже несколько поколений исследователей работают в этой сфере». Vincent Bagnoud подчеркнул, что подготовке высококвалифицированных кадров уделяется большое внимание: «Это важная часть нашей работы. Более того, около 1/3 всего персонала GSI – это учащиеся». Хотя срок запуска FAIR – 2025 год (к настоящему времени построено 50% первого кольца ускорителя), необходимо уже сейчас готовить новое поколение ученых, которые будут проводить эксперименты. «Поскольку предстоящая работа уникальна, то научиться проводить ее можно только на месте. И важно, что такое место уже есть, где люди могут узнать, как строится эксперимент, как провести диагностику и измерения и т.д.», – рассказал Vincent Bagnoud.