Новосибирские физики стали участниками коллаборации SPD на коллайдере NICA
NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility) – это коллайдер, который создаётся на базе Объединённого института ядерных исследований (Объединенный институт ядерных исследований, Дубна) с целью изучения фундаментальных свойств сильного взаимодействия. SPD (Spin Physics Detector) – один из двух детекторов, регистрирующих столкновения пучков коллайдера. Он предназначен для изучения спиновой структуры нуклонов и легких ядер. С помощью таких детекторов физики регистрируют результаты соударения частиц. Именно эти устройства позволяют узнать, что происходит с частицами при их столкновении. Как правило, для проведения масштабных экспериментов коллектив, который занимается обеспечением работы детектора и интерпретацией полученных на нем данных, объединяется в коллаборацию. Участниками коллаборации становятся ученые из разных организаций и стран. Они коллегиально решают ключевые вопросы, связанные с работой этой установки.
В феврале было подписано соглашение между ОИЯИ, коллаборацией SPD и Институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН, Новосибирск), согласно которому группа сотрудников ИЯФ СО РАН вошла в коллаборацию SPD. В документе обозначен круг интересов специалистов новосибирского института в этом международном проекте.
Первоначально данное объединение было сформировано в 2021 году, а сейчас уже насчитывает около 400 участников, представляющих более 30 институтов из разных стран мира. «Мы очень рады, что к коллаборации присоединился ИЯФ СО РАН – это один из наших ключевых партнеров, которого мы хорошо знаем и с которым давно сотрудничаем. Еще до того, как было подписано соглашение, ИЯФ СО РАН, обладающий уникальным опытом в этой области, начал работу по проектированию уникального сверхпроводящего магнита», – подчеркнул со-руководитель коллаборации SPD NICA, заместитель директора Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ Алексей Гуськов.
В документе указано, что ученые ИЯФ СО РАН будут активно включены в решение двух задач, направленных на обеспечение работы детектора. Это разработка и изготовление магнитной системы детектора и создание системы идентификации частиц на основе аэрогелевых черенковских счётчиков. Также в соглашении обозначено, что сотрудники ИЯФ СО РАН готовы внести свой вклад в разработку программного обеспечения и анализ данных эксперимента.
Как рассказал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, координатор группы участников Института в коллаборации SPD Александр Барняков, магнитная система – самая дорогостоящая и одна из самых сложных частей детектора. Она предназначена для того, чтобы обеспечивать сильное и однородное магнитное поле. Под действием магнитного поля заряженные элементарные частицы отклоняются от прямолинейного движения и движутся по дуге. Кривизна дуги зависит от массы, заряда и энергии частицы.
Ученые рассчитывают, что магнитная система должна быть изготовлена одной из первых, поскольку все остальные системы размещаются внутри нее. По плану первая серия экспериментов на детекторе должна состояться в 2028 году.
В ИЯФ СО РАН накоплен большой опыт в разработке и изготовлении магнитных систем детекторов, в частности, специалисты института создали такое оборудование для международного проекта PANDA на базе немецкого ускорительного центра FAIR.
Вторая задача Института им. Г.И. Будкера в коллаборации SPD – создание системы идентификации частиц на основе аэрогелевых черенковских счетчиков. Детекторы черенковских колец предназначены для измерения угла черенковского света, излучаемого в прозрачной среде заряженной частицей.
«Черенковский угол зависит от скорости частицы и от показателя преломления среды. В детекторе черенковских колец формируются кольца из нескольких десятков зарегистрированных фотонов на частицу. По радиусу кольца можно определить черенковский угол, а значит, и скорость частицы. Измерение скорости и импульса частицы позволяет установить ее массу и, следовательно, тип. В качестве прозрачной среды могут использоваться различные материалы, предполагается, что в детекторе SPD это будет аэрогель», – прокомментировал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, координатор группы участников ИЯФ СО РАН в коллаборации SPD Александр Барняков.
Аэрогель – высокопористое твердое прозрачное вещество с уникальным показателем преломления (1.008÷1.2), что позволяет использовать его для регистрации частиц, в случае эксперимента SPD, π- и К-мезонов, в необходимом энергетическом диапазоне. Аэрогель для этого проекта будет производиться совместно специалистами Института катализа им. Г.К. Борескова и ИЯФ СО РАН.
В частности, аэрогель диоксида кремния используют в черенковских детекторах заряженных частиц, движущихся почти со скоростью света. Аэрогели обладают целым спектром необычных свойств. Для черенковских детекторов важно, что их показатель преломления света может заполнить разрыв между показателями жидкостей и газов.
NICA – это новый ускорительный комплекс, который создаётся силами международной коллаборации на базе Объединённого института ядерных исследований (международная межправительственная научно-исследовательская организация, расположенная в подмосковном городе Дубна) с целью изучения фундаментальных свойств сильных взаимодействий между элементарными составляющими Стандартной модели физики частиц. Эти задачи будут решаться при помощи двух экспериментальных установок, расположенных на коллайдере: MPD и SPD.
Установка SPD (Spin Physics Detector) предназначена для изучения спиновых явлений в столкновениях поляризованных протонов и дейтронов. Эксперимент будет решать задачи по изучению природы и структуры собственного момента импульса, спина, протона и дейтрона. Коллайдер NICA способен проводить изучение спиновых эффектов в области энергий, слишком высоких для ускорителей COSY (Германия) и SATURNE-II (Франция), но слишком низких для коллайдера RHIC (США) и будущих спиновых экспериментов на Большом адронном коллайдере (ЦЕРН).
Фото: схема детектора SPD, источник – ОИЯИ