Том 3 № 9 (2026): Natural Sci. Rev.

Natural Sci. Rev. 3 100902 (2026) DOI: 10.54546/NaturalSciRev.100902

Мюонный коллайдер: ожидаемые физические результаты, технологические проблемы и перспективы использования тоннеля УНК длиной 21 км

Мюонный коллайдер на энергию в несколько ТэВ сейчас рассматривается как один из основных вариантов продвижения на энергетическом рубеже после LHC. Мюон — элементарная частица, которая излучает примерно в 10 9 раз меньшую мощность синхротронного излучения, чем электрон той же энергии. Поэтому круговой мюонный коллайдер мог бы передавать в жёсткое столкновение всю энергию пучка при компактном кольце коллайдера, хотя его ускорительной цепочке нужен более длинный тоннель. Такой коллайдер сочетает энергетический охват протонной машины класса 100 ТэВ с чистыми конечными состояниями лептонного коллайдера. В обзоре изложены ожидаемые физические результаты. Среди них константы связи бозона Хиггса и его самодействие, электрослабые процессы и процессы слияния векторных бозонов, физика топ-кварка и широкая программа поиска физики за пределами Стандартной модели. Эта программа позволила бы почти полностью закрыть окно масс термальной электрослабой тёмной материи типа WIMP. В обзоре рассмотрены и технологические проблемы: получение мюонов, ионизационное охлаждение, быстрое ускорение, магниты с сильным полем на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), сопряжение ускорителя с детектором и ограничение по потоку нейтрино. Для каждой из них описаны предложенное решение, его текущее состояние и открытые вопросы. Ни одна из этих технологий пока не продемонстрирована на требуемых параметрах, а проектная светимость остаётся целевым значением. Затем на основе масштабирования параметров Международной коллаборации по мюонному коллайдеру (IMCC) рассмотрены три варианта использования существующего тоннеля УНК длиной 21 км в Протвино. Если в тоннеле разместить последний быстроциклирующий синхротрон, как тоннель LHC в варианте IMCC для ЦЕРН, этот синхротрон ограничивает энергию в системе центра масс величиной около 6 ТэВ. Тогда нужно новое кольцо коллайдера длиной около 7–9 км. Если в тоннеле разместить кольцо коллайдера, дипольные магниты арок с полем 11–14 Тл дают около 14–18 ТэВ, а перспективные диполи на 16 Тл — около 21 ТэВ. Ускорительной цепочке тогда нужен отдельный тоннель длиной около 50–73 км. Если в тоннеле разместить и кольцо коллайдера, и последний синхротрон, как ранее предлагалось для тоннеля LHC, новые кольцевые тоннели нужны только для первых синхротронов. Такая схема даёт около 6 ТэВ с базовыми магнитами IMCC. Около 10 ТэВ она даёт только с постоянными диполями на 16 Тл и импульсными диполями синхротрона на ±3,8 Тл, которые пока не продемонстрированы. Светимость при этом составляет 35–57% от целевой. Такая установка позволила бы также развивать программу неколлайдерных применений интенсивных мюонных пучков: направленный нейтринный пучок, мюонный катализ ядерного синтеза, мюонографию, изотопный анализ по мюонным атомам и мюонную спиновую спектроскопию. Некоторые из этих направлений имеют давнюю историю в российских физических институтах.

Л. В. Дудко

05.11.2026

Спиновая гидродинамика в графене и термовихревая намагниченность

Рассматривается концепция релятивистской спиновой гидродинамики в контексте квазичастичной жидкости Дирака в графене. Разработана спиновая гидродинамическая модель для (2+1)-мерной системы фермионов в условиях малой спиновой поляризации. Анализ подтвердил, что термическая завихренность, удовлетворяющая условию глобального равновесия, также является решением уравнений спиновой гидродинамики. Кроме того, рассчитана намагниченность системы в состоянии глобального равновесия и выявлено новое явление — термовихревая намагниченность , которая обусловлена термической завихренностью и доступна для экспериментального наблюдения в графене.

Амареш Джайсвал

23.10.2026

Поляризованные дейтроны в режиме спиновой прозрачности на ускорительном комплексе NICА

Обсуждаются особенности управления спиновой динамикой поляризованных дейтронов в ускорительном комплексе NICA (ОИЯИ, Дубна). Малый G -фактор дейтрона с одной стороны упрощает сохранение поляризации при ускорении до релятивистских энергий, с другой стороны это создает значительные технические трудности для контроля ориентации спина во время проведения экспериментов. Традиционные методы спин-ротатора, основанные на сильных поперечных магнитных полях, не могут быть использованы для дейтронов, поскольку они потребовали бы неприемлемо больших интегралов поля. В качестве решения предлагается режим спиновой прозрачности (ST-режим), который позволяет стабилизировать любое желаемое направление поляризации в заданной точке орбиты с помощью спиновых навигаторов, основанных на слабых квазистационарных магнитных полях. Проведен анализ сохранения поляризации дейтронов в кольцах Нуклотрона и коллайдера NICA для различных рабочих точек частот бетатронных колебаний. Для коллайдера NICA рассматриваются две реализации ST-режима: на одиночном целом спиновом резонансе ( γG = −1) при импульсе 13 ГэВ/c и в непрерывном диапазоне энергий с использованием двух соленоидальных змеек. Обсуждаются перспективы создания нового инжектора формы-8 для поляризованных дейтронов, который обеспечит ST-режим во всем диапазоне энергий без использования змеек и также откроет возможности для экспериментов с поляризованными пучками на внутренних и внешних мишенях.

Ю. Н. Филатов, А. М. Кондратенко, М. А. Кондратенко, Е. Д. Цыплаков, А. В. Бутенко, В. П. Ладыгин, В. А. Лебедев, Е. М. Сыресин, Е. А. Бутенко

14.10.2026

Том 3 № 9 (2026)

Мюонный коллайдер: ожидаемые физические результаты, технологические проблемы и перспективы использования тоннеля УНК длиной 21 км

Спиновая гидродинамика в графене и термовихревая намагниченность

Поляризованные дейтроны в режиме спиновой прозрачности на ускорительном комплексе NICА

ДРУГИЕ ВЫПУСКИ ЖУРНАЛА