BM@N  — первые эксперименты в рамках NICA: исследование структуры нуклона внутри ядра


https://www.youtube.com/jinrtv

Первой ласточкой  в мега-проекте NICA, в ускорительном комплексе  Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ, является  эксперимент на выведенных пучках с  фиксированными мишенями.   Для этих целей создана установка BM@N – барионная материя на нуклотроне.  Из сверхпроводящего ускорителя нуклотрон в экспериментальный зал  выводятся различные пучки.  Сначала это  будут пучки легких ядер, а в 2019 году планируется использовать ионы золота, В проекте BM@N речь идет о нуклонах — протонах и нейтронах, из которых состоят ядра. В ходе экспериментов физики будут изучать  взаимодействие ядер пучка с ядрами мишени.

На 123 сессии Ученого совета ОИЯИ, где  подводились итоги 2017 года, проекту  BM@N  уделялось особое внимание.

Виктор Матвеев, академик РАН, директор Объединенного института ядерных исследований: «Что касается программы по проекту NICA – здесь  разворачивается  масштабная работа, причем быстрыми темпами. Сейчас выполняется первая часть  программы — это эксперименты на фиксированной мишени  — эксперимент  BM@N (барионная материя на нуклотроне). Идет подготовка к получению  первых научных результатов. Эта установка уже собрала  новых участников со всего мира —  из Франции, Америки, Израиля. Постановка задачи – самая современная. Если придете на эту установку, то увидите очень много молодых людей со всего мира, которые говорят: «Мы приехали сюда, потому что только здесь можно проводить этот эксперимент».

В Лаборатории физики высоких энергий в проекте BM@N трудятся специалисты из разных стран мира — сложилась международная коллаборации SRC на BM@N, которая   включает в себя ученых из ОИЯИ, из Протвино, из нескольких научных центров США, а также научные группы из Университета Тель-Авива в Израиле, Центра по изучению тяжелых ионов GSI и Технического университета в Дармштадте (Германия) и их коллег из Франции.

Эли Пясецки, профессор Тель-Авивского Университета (Израиль): «Мы изучаем специфический случай в ядрах, когда два нуклона находятся очень близко друг к другу. Обычно нуклоны в ядрах находятся далеко друг от друга, но мы хотим получить такой снимок,  когда в ядре два нуклона находятся близко. Нам пришлось приехать сюда, потому что это единственное место в мире, где есть необходимая аппаратура для выполнения этой задачи. Эта Лаборатория – единственная в мире, в которой есть ускоритель, способный ускорять ядра высоких энергий и посылать их на протонную мишень. Мы занимались этими исследованиями во многих лабораториях мира, работали в лаборатории Джеферсона в США, в GSI, в Брукхейвене в США, но во всех этих случаях вот что получалось: мы брали электрон или протон и посылали его в ядро. Здесь же мы хотим сделать наоборот — взять ядро и «бросить» его в нуклон. Единственное место в мире, где вы имеете ядра таких высоких энергий, чтобы сделать это,  это здесь, в Дубне».

SRC на BM@N является одним из целого ряда экспериментов, посвященных исследованию того, как изменяется структура нуклона (протона или нейтрона), когда он находится внутри ядра. В его основании —  гипотеза о том, что часть нуклонов в ядре образуют скоррелированные пары. Отсюда и название эксперимента: Short Range Correlations (корреляции короткого диапазона) at BM@N. Проект собирается исследовать короткодействующие двухчастичные корреляции нуклонов в ядре. Исследование свойств SRC-пар поможет в понимании природы сильных взаимодействий, например, для описания нейтронных звезд. Дубна — уникальное место для изучения SRC-пар, так как позволяет сталкивать ядерный пучок с покоящейся протонной мишенью, а не наоборот (как чаще всего бывает). При этом впервые есть возможность измерить свойства ядра после столкновения, что коллектив ученых разных стран  и надеется сделать в предстоящем сеансе.

Джордж Ласкарис, научный сотрудник Лаборатории ядерной физики Массачусеттского технологического университета (США) и Тель-Авивского Университета (Израиль): «Мы должны были поставить дополнительный блок из четырех сцинтилляторов, которые мы называем XN-проволочные детекторы. Эти детекторы будут служить для сбора нужных нам данных. Они сделаны из пластмассовых сцинтилляторов, которые присоединены к BM@N. Они были сконструированы в Протвино и в ОИЯИ. Это дополнительные детекторы, которые нам пришлось использовать. Мы также используем установку BM@N, которая находится в ОИЯИ, вместе с новыми детекторами на базе сцинтилляторов, которыми обеспечила нас группа сбора данных.  В целом, нам приходится делать все: всем вместе строить детекторы, потом подключаться к электронике. Некоторое электронное оборудование нам поставляет ОИЯИ, оно производится здесь. Конечно, мы осуществляем наладку оборудования, работаем с программным обеспечением, чтобы делать анализ эксперимента. Поэтому это все – ядерная физика, от начала до конца. Когда я писал мою диссертацию, я работал на лазерной установке на свободных электронах в университете. Это небольшой ускоритель в Лаборатории Джеферсона, в Вирджинии. Я думаю, ОИЯИ соответствует высоким стандартам, хорошо снабжен оборудованием. Но, конечно, есть и много различий. Главное отличие, конечно, погода, если сравнивать с погодой в штатах Каролина или Вирджиния. И для меня вначале была еще одна трудность, потому что я не говорил на русском языке. Поэтому мне пришлось изучить терминологию, выучить немного русский, чтобы работать вместе с дубненскими учеными. В целом, русские люди очень приветливые, всегда стараются помочь. Они помогают нам в проведении этого эксперимента и вкладывают в это свои усилия».

Пучок транспортируется с нуклотрона на BM@N на расстояние 100 метров. Пока строится коллайдер и заполняется магнитами бустер в ярме синхрофазотрона,  на  BM@N должны получить  физические данные и обработать их, и модернизировать установку и запустить  на полную мощность.   Мишень  стоит неподвижно, а пучок тяжелых ионов будет ударяться (золотом по золоту) с помощью большого анализирующего магнита.  Ученые смогут  увидеть  продукты взаимодействия — это основная цель. В рамках проекта NICA —  это первое звено до начала реализации проекта MPD. Но данный эксперимент будет  работать и после запуска основного проекта — MPD.

Сейчас перед проведением эксперимента  SRC была установлена мишень (углеродный пучок налетит на водородную мишень — жидкий водород),  детекторы были перемещены до анализирующего магнита.

Виктор Рогов, ведущий электроник ЛФВЭ ОИЯИ:«Триггер – это сигнал старта для всей системы, которая говорит нам о том, что произошло интересующее нас событие. Этот сигнал формируется из множества сигналов,  приходящих с наших детекторов, которые установлены на линии пучка и которые стоят возле мишени. В зависимости от их совпадения мы вырабатываем  разные типы триггера.  Наши детекторы основаны на фотоэлектронных умножителях  со сцинтилляторами, также мы используем и силиконовые фотоумножители. Те технологии, которые мы применяем, и те разрешения, которые у нас получаются, являются передовыми — на гребне науки, потому что мы работаем с пикосекундными разрешением, который достигается в ЦЕРНе – это меньше 50-ти пикосекунд.  В ОИЯИ очень  интересная работа, потому что можешь применять новейшие технологии, новейшие разработки, микросхемы. Ты можешь пообщаться с интересными людьми со всего мира, потому что коллаборация насчитывает большое количество людей из разных стран, и ты можешь обмениваться опытом. Мне интересно возиться с электроникой, настраивать ее, делать новые разработки с железками, вдыхать жизнь в железо».

Михаил Румянцев, научный сотрудник научно-зкспериментального отдела многоцелевого детектора  ЛФВЭ ОИЯИ: «Для эксперимента BM@N единственная установка  для идентификации частиц —  это времяпролетная система Time of fligh (TOF). Мы по времени пролета измеряем скорость частицы. Их трековой системы мы знаем импульс частицы. Зная импульс и скорость, мы можем посчитать массу, то есть идентифицировать эту частицу. TOF – это единственная система, которая позволяет идентифицировать заряженные частицы, рождающиеся при взаимодействии тяжелых ионов.  Это лучшая система для измерения времени  пролета заряженных частиц, поскольку она позволяет достичь лучших временных характеристик до уровня 20-40 пикосекунд».

Александр Колесников, ведущий инженер ЛФВЭ ОИЯИ: «Область моей экспертизы заключается в точном выставлении всех детекторов в заданные места, в заданные координаты, также проверка их. Для юстировки мы используем самые современные инструменты.  ОИЯИ – это такое место, в котором собраны все передовые технологии. С каждым годом детекторные системы усовершенствуются, приходится поводить большую работу, чтобы  модернизировать те или иные устройства, внедрять новое технологии. Очень захватывает  работа в ОИЯИ».

Коллаборация SRC существует уже много лет, эксперименты проводились в разных странах.  «Мы пробуем установки то в одном месте, то в другом, но при этом  хотим решить один и тот же физический вопрос», — говорят ученые и надеются получить ответ на него именно в Дубне.

Научно-информационный отдел ОИЯИ, 2018
Редактор портала: Инна ОРЛОВА
Видеограф: Евгений ГОРЯЧКИН

http://www.jinr.ru

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