גלה את ההיסטוריה של היקום וגלה את ההרכב של החומר האפל: מתקנים בכיתה מגה-מדע ברוסיה שמשנים את המדע

מתקני כיתת Megascience הם מתחמים מדעיים רבי עוצמה למחקר חדש ביסודו. הרעיון ליצור כזה הופיע במחצית השנייה של המאה ה-20. הקידומת "מגה" אינה מקרית כאן: פרויקטים כאלה הם באמת ענקיים והם נוצרים במימון ובהשתתפות מומחים ממדינות וענפי מדע שונים. מבני Megascience מורכבים ממרכיבים רבים: הן אובייקטים פיזיים, כמו מאיצי חלקיקים ענקיים או טלסקופים, והן מערכות מידע אולטרה-מודרניות לעיבוד נתונים.

גם משימת המתחמים יוצאת מן הכלל: להסתכל לתוך מעבר ליסודות המדע ולענות על שאלות יסוד. למשל, להבין איך הופיע היקום והאם יש חיים מעבר לכדור הארץ. אבל הם שימושיים לא רק מנקודת מבט של עניין מדעי. תגליות שנעשו באמצעות מחקר שימושיות ברפואה, בטכנולוגיית מחשבים ובתעשייה.

7 מתקני מגה-מדע ברוסיה

1. כור המחקר של PIK

פרויקט של מיצב כיתת מגה-מדע זה בגאצ'ינה הופיע עוד בשנות ה-70, אבל החל לעבוד רק בתחילת 2021. העיכוב נבע מהתאונה בתחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל: לאחריה החלו לבדוק מחדש מתחמים דומים לבטיחות, ובהשתתפות פאנל מומחים בינלאומי. התהליך נמשך עד 1991, אך התעורר שם קושי חדש - קריסת ברית המועצות, שבגללה הוקפא הפרויקט לחלוטין לזמן מה. הם חזרו לעבוד בשנות ה-2000.

PIK הוא כור נויטרונים מקורר מים. זהו השם למכשירים שבהם מים רגילים מסירים חום, ודוטריום, הידוע גם כמים כבדים, מאט את התגובה הגרעינית. המשימה של המתקן היא לייצר נויטרונים. כעת פועלות בו חמש תחנות מחקר מתוך 25, כך שמדענים עדיין רק חוקרים את החלקיקים הללו. PIK אמור להיות פעיל במלואו עד סוף 2024. לאחר מכן יערכו שם ניסויים לחקור אובייקטים בעולם המיקרו, התנהגות חלקיקים ותגובות גרעיניות, וכן ליצירת חומרים חדשים, כולל לביו-רפואה. מדענים לְהַצִיעַשבעזרת מיצב megascience זה ניתן יהיה למצוא גישה חדשה לטיפול בסרטן.

2. מתנגש NICA

מתנגש מוליך-על בדובנה נוצר למחקר חומר גרעיני. 19 מדינות השתתפו בעבודה עליו, והשנה megascience אמור להתחיל לפעול במלוא העוצמה. בעזרת מערך כזה, מדענים רוצים להבין כיצד המפץ הגדול הוביל להיווצרות פרוטונים וניוטרונים. לדברי החוקרים, המתנגש יעזור ליצור מחדש פלזמה של קווארק-גלואון - זהו מצב מיוחד של צבירה של חומר בפיזיקה של חלקיקים. מאמינים שהיקום התגורר בו ברגעים הראשונים לחייו.

פלזמה של קווארק-גלואון תשוחזר עקב התנגשות של אלומות של חלקיקים שונים, כולל יונים כבדים באנרגיות נמוכות. ללכוד את תוצאות הניסויים הללו במאיץ פורסם שתי מערכי ניסוי: MPD ו-SPD.

3. Tokamak T-15MD

טוקאמק, הידוע גם כתא טורואידי עם סלילים מגנטיים, הוא סוג מיוחד של כור ליצירת היתוך תרמו-גרעיני בפלזמה חמה. התקנת T-15MD, בהשוואה למדעים אחרים, היא קומפקטית למדי. הוא ממוקם במוסקבה, במכון קורצ'טוב. זוהי גרסה מודרנית של הכור T-15, אשר עבד על בסיס המוסד מאז שנות ה-80. הוא הושק בפורמט חדש בשנת 2021, אך ימשיך להשתפר עד 2024.

התגובות שייווצרו ב-T-15MD דומות לתהליכים בליבות הכוכבים, המלווים בשחרור עצום של אנרגיה. וכאן טמונה המטרה העיקרית של הטוקמק. מדענים מקווים כי ניסויים שם יעזור האנושות למצוא מקור חדש בטוח וכמעט בלתי נדלה של חשמל.

4. TAIGA מצפה קרני גמא

קומפלקס זה כולל מספר טלסקופים אטמוספריים, יותר ממאה גלאים אופטיים בעלי זווית רחבה ורכיבים רבים נוספים. הכל תופס שטח מרשים - כמה קילומטרים רבועים. ממוקם מצפה כוכבים באתר האסטרופיזי של אוניברסיטת אירקוטסק בעמק טונקין: מיקום מושלם לצפייה בגופים שמימיים כי זה רחוק מערים ולעתים רחוקות קורה שם מעונן בעיקר.

מרכז הבקרה של TAIGA הרוויח בשנת 2021. המשימה העיקרית של התקנה זו היא לחפש קרינת גמא באנרגיה גבוהה במיוחד. תגובות כאלה מייצרות פיצוצי גלקסיות או מיזוגים של חורים שחורים. מדענים צריכים ללכוד קרני גמא באמצעות חיישנים כדי להבין את טבעו של היקום. וגם כדי ללמוד עוד על מקורם של עצמים מחוץ לכדור הארץ עם האנרגיה הגבוהה ביותר, כמו סופרנובות ובלאזרים - גרעינים גלקטיים פעילים.

5. Baikal-GVD (Baikal Deep Sea Neutrino Telescope)

עוד מצפה מגה-מדע. דרך אגב, ממוקם זה לא רחוק מטאיגה - במעמקי אגם באיקל - וגם החל לעבוד ב-2021. בהקמתו השתתפו מדענים ומהנדסים מ-11 מרכזי מחקר בינלאומיים. מבחינה ויזואלית, המתקן אינו דומה במיוחד לטלסקופ קלאסי: זוהי רשת של כבלים שעליהם זכוכית כדורית גלאים שתופסים ניטרינו - זה השם שניתן לחלקיקים ללא מטען בעלי מסה זעירה ומהירות עצומה המתקרבת למהירות סווטה. הם למעשה אינם מקיימים אינטראקציה עם אלמנטים אחרים ועפים לכל מקום. אגב, בזמן שקראתם את הכתבה, יותר ממאה מיליארד ניטרינו עפו לידכם ואפילו דרככם.

ערכם של חלקיקים אלו טמון במידע הייחודי שלהם. מדענים מציעים כי ניטרינו יעזור למד על התהליכים המתרחשים במקום רחוק מאוד ביקום, ועקבו גם אחר התפתחותן של גלקסיות שלמות והיווצרות של חורים שחורים בעלי מסה עצומה - 10⁵–10¹¹ מסות השמש. וטלסקופ באיקל כבר תפס חלקיקים כאלה. לדוגמה, בשנת 2021, במקביל למתקן נוסף בכיתה מגה-מדע דומה - IceCube, שנמצא בקוטב הדרומי - מוּקלָט ניטרינו מליבה של גלקסיה רחוקה. זו הייתה הפעם הראשונה שטלסקופי נייטרינו בחלקים שונים של כדור הארץ זיהו אות מאותו מקור.

6. פולט סינכרוטרון "KISI-Kurchatov"

מתחם כיתות מגה-מדע זה נפתח עוד ב-1999. כבר במאה ה-21 הוא עבר מודרניזציה: עכשיו הפרויקט כולל עד 16 תחנות, שבכל אחת מהן ניתן לערוך מחקר מקביל. אגב, כ-200 ניסויים מבוצעים מדי שנה ב-KISS-Kurchatov, עליהם עובדות כ-60 קבוצות של מדענים, מקומיים וזרים.

המנגנון העיקרי של מתחם מגה-מדעי זה הוא מקור לקרינת סינכרוטרון. זה עוזר ללמוד בפירוט, עד לקנה מידה אטומי, חומרים וחפצים שונים מהטבע החי והדומם כאחד. קרינת סינכרוטרון משמשת בתחומי מדע שונים - מפיזיקה ורפואה ועד ארכיאולוגיה. לדוגמה, בעזרת KISI-Kurchatov, אתה יכול לעקוב אחר מקורם של חפצים עתיקים ולבדוק כיצד תרופות אנטי סרטניות מתקשרות עם קרום התא האנושי.

7. כּוֹחַ

מדע המגה הזה רק מתכונן. הוא יופיע בעיירה פרוטבינה שליד מוסקבה ויכלול שני מרכיבים: מקור קרינת סינכרוטרון דור רביעי ולייזר אלקטרונים חופשי בקרני רנטגן. מדענים מציעים ששילוב זה יעזור לחשוף כיצד נוצרו אטומים, מולקולות, קווארקים וחלקיקים אחרים. משמעות הדבר היא להבין כיצד היקום נולד והתפתח.

המטרה העיקרית של פרויקט STRENGTH היא להשיג ידע חדש וליצור טכנולוגיות חדשות המבוססות עליו ב תחומים שונים של מדע וטכנולוגיה, למשל ברפואה, מדעי החומרים, חקלאות, אנרגיה, IT. בסך הכל, על שטח של כמעט 190 אלף קמ"ר רָצוֹן 52 תחנות ניסוי ומרכז עיבוד נתונים. כ-200 ארגונים מדעיים וחינוכיים ו-50 מפעלים ממגזרים אמיתיים במשק - למשל הנדסת מכונות, מתכות וכימיים וביולוגיים - יוכלו לערוך שם מחקר.