От очарования — к истинности: физики готовят ядерные эксперименты, которые начнутся через пять лет

С 23 по 27 октября Самарский национальный исследовательский университет им. академика С. П. Королева принимает участников международной коллаборации SPD (Spin Phisics Detector) NICA. Это физики — теоретики и экспериментаторы, это инженеры, электронщики и разработчики софта. Все они заняты подготовкой эксперимента на новом ионном коллайдере, который запущен в 2023 году на базе модернизированного нуклотрона NICA Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне. Он дает возможность воссоздать в лабораторных условиях особое состояние вещества, в котором пребывала наша Вселенная в первые мгновения после Большого Взрыва, — кварк-глюонную плазму.

На "VI международную коллаборационную встречу SPD и семинар по информационным технологиям в естественных науках" зарегистрировались 158 ученых, из которых 41 приехал в Самару для очного участия в дискуссиях, 10 — сотрудники Самарского университета им. Королева, а остальные участвуют в обсуждении дистанционно, в режиме видеоконференции. В программе 55 докладов по тематике планируемого эксперимента на коллайдере NICA и 12 докладов по тематике семинара "Информационные технологии в естественных науках".

"Теоретическая физика находится на переднем крае познания свойств материи. Сегодня физики говорят об изучении спиновой структуры дейтрона и протона. Фундаментальные свойства сильного взаимодействия теперь являются предметом многих научных исследований, и это показатель того, что современная физика развивается очень быстро", — обратился к участникам коллаборации Андрей Прокофьев, первый проректор — проректор по научно-исследовательской работе Самарского университета им. Королева, открывая рабочую встречу.

Впервые подобное мероприятие носит выездной характер и проходит не в Дубне, в стенах ОИЯИ, а на площадке Самарского университета им. Королева, одного из участников коллаборации SPD, в которую на настоящий момент входят 33 научных центра из 14 стран, а всего более 300 ученых. Символично, что местом для нынешней дискуссии стал Центр международной и региональной дипломатии им. Е. М. Примакова.

Научную группу специалистов Самарского университета им. Королева, участвующих в подготовке эксперимента на NICA, возглавляет профессор Владимир Салеев, заведующий кафедрой общей и теоретической физики физического факультета естественнонаучного института.

Группа представила на встрече два тематических доклада на темы "Совместное рождение J/Ψ-мезонов и фотонов на SPD NICA" (Лев Алимов), "О рождении ηc-частицы на SPD NICA" (Антон Ануфриев). Руководитель группы Владимир Салеев представил отчетный доклад о работе Самарской группы за 2023 год.

Алексей Гуськов, начальник научно-экспериментального отдела встречных пучков Лаборатории ядерных проблем им. Джелепова ОИЯИ отметил хорошую организацию встречи со стороны Самарского университета им. Королева.

"Мы видим, что вне коллектива Объединенного института ядерных исследований, в вашем университете сложилась группа ученых, пользующихся поддержкой своего вуза и способных взять на себя ответственность за организацию столь значимого мероприятия. Для нас очень важен как научный вклад Самарского университета им. Королева в подготовку эксперимента, так и его участие в обработке больших массивов данных, которые мы будем получать после его начала. Здесь нам интересны и ваши разработки в области нейросетей, и вычислительные мощности суперкомпьютера "Сергей Королев", — поделился Алексей Гуськов. — Также большое значение мы придаем неформальному общению ученых и инженеров, которое уже идет "на полях" нашей рабочей встречи. Оборудование уникальное, и успех эксперимента во многом зависит от принятых инженерных решений".

Эксперимент, который готовят физики-ядерщики, поможет разрешить так называемый "спиновый кризис" кварковой модели элементарных частиц. Коллаборация SPD (Spin Physics Detector) NICA создана в 2019 году специально для изучения спиновой структуры протона и дейтрона — ядра атома дейтерия, одного из изотопов водорода.

Ученые попытаются установить, как распределен в пространстве спин (момент импульса) этих частиц. Для этого планируется сталкивать встречные поляризованные пучки протонов и дейтронов с энергией столкновений до 27 ГэВ и наблюдать за происходящими спиновыми явлениями.

Возможность работать с поляризованными пучками дейтронов при таких энергиях — уникальная особенность создаваемого на базе Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна) ускорительного комплекса NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility), предназначенного для изучения свойств плотной барионной материи. Планируемый эксперимент перекрывает кинематический разрыв между исследованиями на ускорителях низких энергий и на европейском Большом адронном коллайдере в CERN.

Сейчас подготовительные работы находятся на стадии международной экспертизы технического проекта экспериментальной установки. Ее запуск запланирован на 2028 год. К этому времени все компоненты установки, должны быть спроектированы, изготовлены и смонтированы на уже действующем ионном коллайдере на базе нуклотрона NICA. Также необходимо разработать и отладить программное обеспечение для обработки получаемых данных и объединить вычислительные мощности участников коллаборации.

"Участие в изучении спиновой структуры протона и дейтрона, а также других спиновых явлений во встречных пучках на ионном коллайдере NICA очень важны для развития естественнонаучного направления в университете. Работа в коллаборации SPD, компьютерное моделирование спиновых процессов выводит Самарский университет им. Королева на передний край физики элементарных частиц. Участие в этом проекте включено в "Стратегию развития Самарского университета им. Королева до 2030 года, — рассказал профессор Владимир Салеев. — Не менее важно для вуза задействовать свои разработки в области искусственного интеллекта и вычислительные мощности в процессе обработки больших данных, полученных в ходе эксперимента на NICA. Объемы таких данных настолько велики, что их обработка занимает годы. Мы имеем уникальную возможность ускорить получение научных результатов мирового уровня".

Тематике обработки данных, получаемых в ядерных экспериментах, в программе встречи посвящен однодневный семинар по IT-технологиям в естественных науках. Откроет его лекция Сергея Шматова, директора Лаборатории информационных технологий ОИЯИ, на тему "Информационные технологии для поддержки мультидисциплинарных исследований". Доклады от Самарского университета им. Королева представят Николай Казанский, профессор кафедры технической кибернетики, Артем Никоноров, директор института искусственного интеллекта, Сергей Востокин, заведующий кафедрой программных систем и Андрей Сухов, профессор кафедры программных систем.

"На полях" пятидневной рабочей встречи Алексей Гуськов выступил перед студентами Самарского университета им. Королева и старшеклассниками с научно-популярной лекцией об особенностях современного эксперимента в физике элементарных частиц.

Алексей Гуськов обратил внимание на то, что эффект от фундаментальной науки проявляется в трех направлениях: это наше мировоззрение, это дорогие технологии, которые "обкатываются" на оборудовании для исследований и уходят в промышленность, в медицину, и это квалифицированные кадры. Не всем по силам подняться к вершинам фундаментальной науки, но среда, которая формируется вокруг нее, питает высококлассными специалистами и прикладную науку, и наукоемкие отрасли промышленности.

"Публичная лекция профессора Гуськова поможет пробудить у студентов и школьников интерес к физике. И, может быть, позже некоторые из них станут выдающимися учеными", — считает Андрей Прокофьев.