来自莫斯科物理技术学院加速器物理实验室的科学家，联合扎里亚德科学技术实验室(新西伯利亚)和联合核子研究所(杜布纳)的同事，提出了“西伯利亚蛇”的实用设计方案。这是一种特殊磁系统，能在俄罗斯NICA加速器综合体的核子加速器中加速质子束时保持其极化。
俄罗斯NICA加速器综合体 / © 联合核子研究所照片档案 / 莫斯科物理技术学院新闻处
每个质子都有自旋角动量，加速到环形轨道时，自旋会受电磁场多次扰动。自旋进动频率与轨道运动频率重合时，会发生自旋共振，极化可能消失。位于杜布纳的NICA是俄罗斯大型核物理和亚核物理项目，其核心核子加速器是超导同步加速器，能将粒子加速到12 GeV/c的动量。它既是NICA对撞机环的粒子注入器，也是独立实验装置。重离子注入对撞机用于MPD探测器实验后，核子加速器大部分时间闲置，可用于极化质子对内靶和外靶实验，但需质子束穿过自旋共振且不损失极化特性。
在核子加速器脉冲范围内，质子束会经历内部共振和结构缺陷共振两种自旋共振，其中四个内部共振和22个整数共振最危险，都可能导致极化损失。“西伯利亚蛇”构想最早于20世纪70年代由新西伯利亚物理学家提出，原理是在加速器直线段插入特殊磁性装置，使质子自旋绕轴线旋转180度，避免共振扰动累积。但完整“蛇”需强大磁场和足够空间，现有加速器通常无法满足。
发表于《JETP Letters》的论文作者提出折衷方案——部分西伯利亚蛇形结构，旋转较小角度，使自旋进动频率偏离对应共振值，保持极化。其优势在于设计紧凑，可安装在核子加速器结构中。莫斯科物理技术学院研究生叶夫根尼·齐普拉科夫称，JINR用铌钛合金电缆制造的动态超导螺线管可产生高达5.6特斯拉的中心磁场，能满足需求。
科学家考虑了两种部分蛇形结构设计方案。第一种无补偿贝塔振荡耦合，用两个长2.8米的螺线管;第二种是耦合补偿，用四个长1.2米的螺线管和四个旋转±45度的四极透镜。对质子加速过程中自旋动力学的模拟证实了两种方案有效。
莫斯科物理技术学院加速器物理实验室主任尤里·菲拉托夫强调，该设计无需对核子加速器彻底重新设计，螺线管可安装在自由间隙，动态场控制能稳定束流光学特性，还能快速循环将极化质子注入NICA对撞机。
不过，加速过程中保持极化只是任务一半，还需控制自旋方向将质子输送到靶上。为此，作者提出在束流传输通道中放置由偶极磁铁和螺线管组成的具有固定轨道的自旋旋转器，可在整个动量范围(2 - 12 GeV/c)内实现外部靶上垂直平面内任意极化方向。对于某些能源，还可使用自旋导航器在核子加速器内部直接改变极化方向。
在核子加速器上，偏振束实验可独立或与NICA对撞机在重离子束研究期间运行并行进行，对外部和内部靶开展，这将显著扩展NICA综合设施的自旋物理基础研究计划。
