Uurige universumi ajalugu ja selgitage lahti tumeaine koostis: megateaduse klassi installatsioonid Venemaal, mis muudavad teadust

Megascience klassi rajatised on võimsad teaduskompleksid põhimõtteliselt uuteks uuringuteks. Idee luua selline ilmunud 20. sajandi teisel poolel. Eesliide “mega” pole siin juhuslik: sellised projektid on tõeliselt hiiglaslikud ning sünnivad erinevate riikide ja teadusharude spetsialistide rahastusel ja osalusel. Megascience'i struktuurid koosnevad paljudest komponentidest: nii füüsilistest objektidest, nagu tohutud osakestekiirendid või teleskoobid, kui ka ülimoodsatest andmetöötluse infosüsteemidest.

Ka komplekside ülesanne on silmapaistev: vaata sisse teaduse põhitõdedest kaugemale ja vastama fundamentaalsetele küsimustele. Näiteks selleks, et mõista, kuidas Universum tekkis ja kas väljaspool Maad on elu. Kuid need on kasulikud mitte ainult teadusliku huvi seisukohast. Uurimistööga tehtud avastused on kasulikud meditsiinis, arvutitehnoloogias ja tööstuses.

7 megateaduse installatsiooni Venemaal

1. PIK uurimisreaktor

Selle megateadusklassi installatsiooni projekt Gatšinas ilmunud veel 1970ndatel, kuid asus tööle alles 2021. aasta alguses. Viivituse põhjuseks oli Tšernobõli tuumaelektrijaama avarii: pärast seda hakati sarnaseid komplekse ohutuse tagamiseks uuesti testima ja seda rahvusvahelise ekspertide rühma osalusel. Protsess venis 1991. aastani, kuid seal tekkis uus raskus - NSV Liidu lagunemine, mille tõttu projekt mõneks ajaks täielikult külmutas. Nad naasid tööle 2000. aastatel.

PIK on vesijahutusega neutronreaktor. Nii nimetatakse seadmeid, milles tavaline vesi eemaldab soojust ja deuteerium, tuntud ka kui raske vesi, aeglustab tuumareaktsiooni. Installatsiooni ülesanne on tekitada neutroneid. Nüüd töötab sellel viis uurimisjaama 25-st, nii et teadlased alles uurivad neid osakesi. PIK peaks täielikult tööle hakkama 2024. aasta lõpuks. Seejärel tehakse seal katseid, et uurida mikromaailma objekte, osakeste käitumist ja tuumareaktsioone, samuti luua uusi materjale, sealhulgas biomeditsiini jaoks. Teadlased soovitadaet selle megascience installatsiooni abil on võimalik leida uus lähenemine vähiravile.

2. Collider NICA

Ülijuhtiv põrkur Dubnas loodi tuumaaine uurimise jaoks. Selle kallal osales töös 19 riiki ja tänavu peaks megateadus täies mahus toimima. Sellise seadistuse abil tahavad teadlased mõista, kuidas Suur Pauk prootonite ja neutronite tekkeni viis. Teadlaste sõnul aitab põrkur taasluua kvark-gluoonplasma – see on osakeste füüsikas aine agregatsiooni eriline seisund. Arvatakse, et just selles elas universum oma elu esimestel hetkedel.

Kvark-gluoonplasma taastoodetakse erinevate osakeste, sealhulgas madala energiaga raskete ioonide kiirte kokkupõrke tõttu. Nende katsete tulemuste kiirendis jäädvustamiseks postitatud kaks eksperimentaalset seadistust: MPD ja SPD.

3. Tokamak T-15MD

Tokamak, tuntud ka kui magnetpoolidega toroidkamber, on eritüüpi reaktor termotuumasünteesi loomiseks kuumas plasmas. T-15MD paigaldus on teiste megateadustega võrreldes üsna kompaktne. See asub Moskvas Kurtšatovi Instituudis. See on T-15 reaktori moderniseeritud versioon, mis on töötanud asutuse baasil alates 1980. aastatest. See käivitati uues vormingus 2021. aastal, kuid seda täiustatakse kuni 2024. aastani.

T-15MD-s tekkivad reaktsioonid meenutavad tähtede tuumades toimuvaid protsesse, millega kaasneb tohutu energia vabanemine. Ja siin peitub tokamaki peamine eesmärk. Teadlased loodavad, et seal tehakse katseid aitab inimkond, et leida uus ohutu ja praktiliselt ammendamatu elektriallikas.

4. TAIGA Gammakiirguse vaatluskeskus

See kompleks sisaldab mitut atmosfääri teleskoopi, enam kui sada lainurk-optilist detektorit ja palju muud komponenti. See kõik hõivab muljetavaldava territooriumi - mitu ruutkilomeetrit. Asub Observatoorium Irkutski Riikliku Ülikooli astrofüüsikalises kohas Tunkini orus: asukoht ideaalne taevakehade vaatlemiseks, sest see on linnadest kaugel ja juhtub seal harva Peamiselt pilves ilm.

TAIGA juhtimiskeskus teenitud aastal 2021. Selle installatsiooni põhiülesanne on otsida ülikõrge energiaga gammakiirgust. Sellised reaktsioonid põhjustavad galaktikate plahvatusi või mustade aukude ühinemist. Universumi olemuse mõistmiseks peavad teadlased andurite abil jäädvustama gammakiirgust. Ja ka selleks, et saada rohkem teada kõige suurema energiaga maaväliste objektide, näiteks supernoovade ja blasaaride – aktiivsete galaktikate tuumade – päritolu kohta.

5. Baikal-GVD (Baikali süvamere neutriinoteleskoop)

Veel üks megateaduse observatoorium. Muideks, asub see pole TAIGAst kaugel - Baikali järve sügavusel - ja alustas samuti tööd 2021. aastal. Selle loomisel osalesid teadlased ja insenerid 11 rahvusvahelisest uurimiskeskusest. Visuaalselt ei sarnane paigaldus eriti klassikalise teleskoobiga: see on kaablite võrk, millel on kerakujuline klaas detektorid, mis püüavad kinni neutriinosid – nii nimetatakse väikese massi ja kiirusele läheneva tohutu kiirusega laenguta osakesi Sveta. Nad praktiliselt ei suhtle teiste elementidega ja lendavad kõikjal. Muide, artikli lugemise ajal lendas teie kõrval ja isegi läbi teie üle saja miljardi neutriino.

Nende osakeste väärtus seisneb nende ainulaadses teabes. Teadlased väidavad, et neutriinod aitab õppida tundma protsesse, mis toimuvad kusagil väga kaugel universumis, ja jälgida ka tervete galaktikate arengut ja tohutu massiga mustade aukude teket - 10⁵–10¹¹ Päikese massist. Ja Baikali teleskoop on sellised osakesed juba kinni püüdnud. Näiteks 2021. aastal samaaegselt teise sarnase megateadusklassi installatsiooniga – IceCube’iga, mis asub lõunapoolusel – salvestatud neutriinod kauge galaktika tuumast. See oli esimene kord, kui planeedi eri osades asuvad neutriinoteleskoobid tuvastasid samast allikast pärit signaali.

6. Sünkrotroni emitter "KISI-Kurchatov"

See megateadusklassi kompleks avatud tagasi aastal 1999. Juba 21. sajandil moderniseeriti: nüüd projekt sisaldab koguni 16 jaama, millest igaühes saab teha paralleelseid uuringuid. Muide, KISS-Kurchatovis tehakse aastas umbes 200 katset, mille kallal töötab umbes 60 nii kodumaiste kui ka välismaiste teadlaste rühma.

Selle megateaduste kompleksi peamine mehhanism on sünkrotronkiirguse allikas. See aitab üksikasjalikult, kuni aatomiskaalani välja uurida, erinevaid materjale ja esemeid nii elus kui ka eluta loodusest. Sünkrotronkiirgust kasutatakse erinevates teadusvaldkondades – füüsikast ja meditsiinist arheoloogiani. Näiteks saate KISI-Kurchatovi abiga jälgida iidsete esemete päritolu ja kontrollida, kuidas vähivastased ravimid inimese rakumembraaniga suhtlevad.

7. JÕUD

Seda megateadust alles valmistutakse. Ta ilmub Moskva lähedal Protvina linnas ja see sisaldab kahte komponenti: neljanda põlvkonna sünkrotronkiirguse allikat ja röntgenivaba elektronlaserit. Teadlaste arvates aitab see kombinatsioon paljastada, kuidas aatomid, molekulid, kvargid ja muud osakesed tekkisid. See tähendab, et tuleb mõista, kuidas universum sündis ja arenes.

Projekti STRENGTH põhieesmärk on omandada uusi teadmisi ja luua nende põhjal uusi tehnoloogiaid erinevates teaduse ja tehnoloogia valdkondades, näiteks meditsiinis, materjaliteaduses, põllumajanduses, energeetika, IT. Kokku umbes 190 tuhande ruutkilomeetri suurusel alal tahe 52 katsejaama ja andmetöötluskeskus. Seal saavad teadusuuringuid läbi viia umbes 200 teadus- ja haridusorganisatsiooni ning 50 ettevõtet majanduse reaalsektoritest – näiteks masinaehitus, metallurgia ning keemia- ja bioloogiavaldkond.