ОИЯИ и Fermilab – подготовка к эксперименту «Mu2е» 2014

You need to install or upgrade Flash Player to view this content, install or upgrade by clicking here.

http://www.youtube.com/user/jinrtv

Объединенный институт ядерных исследований  участвует в экспериментах, которые проводятся в  Фермилабе.  В  национальной  ускорительной Лаборатории  в США, что находится в штате Иллинойс,  основной исследовательской установкой  являлся  коллайдер Тэватрон (он закончил свою работу в 2011 году).  Но  Фермилаб проводит еще  эксперименты, где используются  фиксированные мишени, эксперименты с нейтрино.  Как раз эта  научная  тематика соответствует тому направлению,  которое сейчас активно  развивается в Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ.  Именно здесь   идет подготовка к эксперименту под названием «Мu2е».  Он  стартует в 2020 году в  Лаборатории имени Энрико Ферми.

Этот эксперимент  позволит ученым открыть окно в новую физику. Он, может быть, даже важнее, чем открытие бозона Хиггса, — так считает  профессор Юлиан  Будагов, научный руководитель эксперимента  «Мu2е» в ОИЯИ,  главный научный сотрудник Лаборатории ядерных проблем.  Вот как он описывает то,  что будет происходить в ускорителе: «Частица по имени  мюон  влетает в спектрометр и останавливается в мишени. В нашем случае это  ядра алюминия. Там происходит какая-то «ужасная»  вещь и вылетает совсем другая, единственная, частица по имени электрон.  Эти процессы в современной теории  практически запрещены по стандартной модели,  которая господствует в наше время. Мы хотим найти нарушение модели».

Чтобы эксперимент по превращению  мюона в электрон  в поле ядра  удался, нужно создать детекторы нового типа.  И сейчас в этом направлении идут научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. Группа  ученых и специалистов Лаборатории ядерных проблем  ОИЯИ выполняет свою задачу,  участвуя  в создании двух детекторов, двух важных частей.  Одна из них –электромагнитный калориметр.  Как рассказал  Владимир Глаголев,  заместитель директора Лаборатории ядерных проблем,  калориметр служит для определения  энергии электрона:  «Надо очень точно  измерить энергию электрона. По этой энергии будет выделен искомый процесс.  Энергия электрона должна составлять  105 МэВ, поэтому калориметр  должен обладать  хорошим разрешением, быть компактным,  размещен внутри соленоида в вакууме, в магнитном поле 1 Тесла.  Надо сделать компактный калориметр с высоким разрешением».

В Лаборатории  создан  технический  стенд для исследований свойств  сцинтилляционных кристаллов,  которые будут использованы  в электромагнитных калориметрах.    Принцип действия  таких  кристаллов основaн  нa способности люминофоров светиться кратковремeнными вспышками.   А беззернистая структура  монокристалла  (однородного, выращенного в специальных условиях, дорогостоящего), позволяет  создавать необходимые детекторы. В лаборатории используют кристалл  барий фтористый (BaF2).

Юрий Давыдов, начальник отдела Лаборатории ядерных проблем: «Мы подписали контракт с фирмой  из Санкт-Петербурга, и в ближайшее время  планируем  получить  6 образцов  кристаллов,  которые будут использоваться  на нашем стенде. И часть кристаллов  будет передана в Италию.  В зависимости от результатов  эта фирма  получит большой заказ  на производство электромагнитных калориметров.  Другой вариант, альтернативный,  это сцинтиллятор  чистый  цезий – йод (CsI),  который изготавливают  в Харькове.  Образцы планируем исследовать  на радиационную стойкость  на реакторе ИБР-2 в ОИЯИ».

В ходе подготовки к эксперименту, ученые  изучают явление, когда  частица заряженная  попадает в кристалл и вызывает в нем вспышку. «Мы изучаем, как этот свет себя ведет во времени – как он возникает, как он  затухает, как он ослабляется и как можно его использовать в качестве  триггера — сигнала, признака искомого события, — объясняет научный  руководитель эксперимента.

Второй технический  стенд служит для исследований свойств  пластиковых сцинтилляционных  стрипов.   Визуальные наблюдения световых вспышек (сцинтилляций) под действием ионизирующих частиц  были основным методом ядерной физики еще в начале 20 века.    Большое распространение получили пластики, которые дают интенсивное свечение.  В сцинтилляционных счетчиках  большого размера используют  световоды  (обычно из полированного органического стекла).    Группа Лаборатории  таким образом участвует в создании так называемой вето-системы на установке в Фермилабе.

Владимир Глаголев,  заместитель директора Лаборатории ядерных проблем: «Это экспериментальная установка, она  будет окружена счетчиками, которые выделяют   проходящие космические мюоны. Эти мюоны для нас являются фоном.  И события, в которые такие мюоны попали,  должны быть отброшены как фоновые. Для этого система должна  быть окружена счетчиками сцинтилляторного типа  и прототипы  таких счетчиков  мы исследуем».

Юрий  Харжеев, старший научный сотрудник Лаборатории,  продемонстрировал сцинтилляторы в виде узких длинных полос  —  стрипы.   Они в современных экспериментах  могут достигать  до 8-10 метров.

В Лаборатории непрерывно идет  сбор данных и их последующая обработка.  Данные поступают в компьютер, а чтобы не было сбоев — за этим следят инженеры. Они  «снимают» спектры  сигналов  с фотоумножителя, то есть  переводят   свет, излученный  кристаллом,  в цифру.  «После того как мы набрали  необходимое количество данных, мы можем по этому спектру  определить  характеристики  исследуемого кристалла, — поясняет инженер Владимир Баранов.  —  Такая цепочка:  фотоумножитель, аналого-цифровой преобразователь, компьютер»

Группа, участвующая  в эксперименте «Mu2е» — это  помимо сотрудников Лаборатории ядерных проблем, специалисты Лаборатории нейтронной физики, Лаборатории информационных технологий. Это также коллеги   из Минска, Харькова, Тбилиси, Еревана – из стран-участниц ОИЯИ.  Коллаборация  включает в себя  более 100 физиков из США, Италии, России, из десятков университетов, лабораторий и научных центров.

Вадим Бедняков, директор Лаборатории ядерных проблем  подчеркивает, что поиск конверсии мюона в электрон  по своей сути сильно  связан  с нейтринной физикой.

Что примечательно, идея этого эксперимента родилась в России и связана с именем академика РАН профессора Владимира Лобашёва — признанного специалиста в области физики ядра и элементарных частиц. Им была предложена новая постановка эксперимента по поиску фундаментального процесса нарушения мюонного квантового числа. Это поиск мюон-электронной конверсии, позволяющей продвинуться на четыре порядка по чувствительности.  «Нам приятно претворить в жизнь его идею.  Многие десятилетия пытались это делать,  но, кажется,  только в Фермилабе это получится, — надеются дубненские ученые.

 

Научно-информационный отдел ОИЯИ 2014

http://www1.jinr.ru/News/Jinrnews_rus.html

Редактор: Инна ОРЛОВА

Видео: Игорь БЕЛЬВЕДЕРСКИЙ

Фото: Павел КОЛЕСОВ