Пресс-центр

В НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ обсудили будущие эксперименты на коллайдере NICA

14 января 2020 года на Семинаре Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ сотрудники Института обсудили экспериментальные работы, которые будут выполняться на ускорителе NICA. Одним из ключевых измерений станет изучение электромагнитного излучения, появляющегося в столкновении тяжелых ионов.

В 2020 году запланирован ввод в эксплуатацию нового ускорительного комплекса NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility), который сейчас создается на базе Объединённого института ядерных исследований (Дубна, Россия). Основная цель этого проекта — изучение свойств плотной барионной материи. Физики собираются изучить так называемую фазовую диаграмму квантовой хромодинамики (КХД, теории сильного взаимодействия). Для этого нужно исследовать в лабораторных условиях, как отличаются физические процессы при разных плотностях барионной материи.

Расчеты КХД предсказывают, что при достаточно высоких температурах ядерная материя может перейти в состояние, в котором кварки и глюоны, обычно связанные и локализованные внутри адронов, становятся свободными в пространственных объемах, существенно превышающих размеры этих адронов и даже размеры тяжелых ядер. Более того, оказалось, что в системе, созданной в результате центрального соударения ультрарелятивистских тяжелых ионов, довольно быстро устанавливается химическое и термодинамическое равновесие, т. е. в течение небольшого промежутка времени ядерная материя может существовать в форме кварк-глюонной плазмы (КГП). Согласно космологическим моделям эволюции, именно в этом состоянии существовала Вселенная спустя несколько микросекунд после Большого Взрыва. Другой экстремальный предел на фазовой диаграмме – состояние барионной материи при сверхвысоких плотностях в виде кварковой плазмы возможно реализуется в коре нейтронных звезд. Именно на исследование таких состояний и нацелен проект NICA. Одним из важных аспектов будущих экспериментов станет измерение температуры системы, образовавшейся в результате соударения тяжелых ионов.

В рамках работы коллайдера NICA запланировано проведение двух больших экспериментальных программ, для каждой из которых создается свой детектор:

• MPD (англ. Multi-Purpose Detector), который предназначен для проведения экспериментов в области релятивистской ядерной физики при столкновениях пучков ядер тяжелых элементов (золота), ядер тяжелых элементов с протонами, а также протон-протонных столкновениях;
• SPD (англ. Spin Physics Detector), предназначен для проведения экспериментов по физике спина при столкновениях пучков ядер легких элементов.

NICA – одна из установок класса мегасайнс, поэтому, чтобы реализовать экспериментальную программу, необходимы усилия многих научных институтов. В эксперименте MPD учувствуют и сотрудники Лаборатории релятивистской ядерной физики ОФВЭ, которые уже накопили огромный опыт в исследованиях такого рода. Физики ЛРЯФ (в составе эксперимента PHENIX, ускоритель RHIC) – одни из первооткрывателей кварк-глюонной плазмы. Сейчас сотрудники этой лаборатории ведут исследования в рамках эксперимента ALICE на Большом адронном коллайдере, а также принимают активное участие в подготовке экспериментов CBM (в рамках строящегося в Германии комплекса установок FAIR) и MPD на ускорителе NICА.

14 января на Семинаре ОФВЭ старший научный сотрудник ЛРЯФ  Дмитрий Иванищев рассказал о перспективах исследования так называемых тепловых фотонов в эксперименте MPD на ускорителе NICA. Фотоны (кванты электромагнитного взаимодействия) испускаются в течение всей пространственно-временной эволюции процесса столкновения тяжелых ионов. Они несут информацию о состоянии и свойствах среды во время своего рождения и являются хорошей частицей-пробником, так как их средний свободный пробег велик по сравнению с размерами системы, и они покидают среду, практически не претерпевая воздействий. Изучая спектр фотонов можно измерить температуру образовавшегося состояния. Именно таким образом экспериментом ALICE измерена самая высокая температура системы, образовавшейся в соударениях тяжелых ионов. Эффективная температура составила 297 ± 12^стат ± 41^сист МэВ, что занесено в Книгу рекордов Гиннесса.

Регистрировать фотоны можно двумя методами: детектируя их калориметром, методом конверсии, исследуя электрон позитронные пары, образующиеся в результате взаимодействия фотонов с веществом детектора. Каждый из методов обладает своими преимуществами и недостатками. Сотрудники ЛРЯФ изучили эти подходы методом компьютерного моделирования. В своем докладе Дмитрий показал, что метод конверсии фотонов является эффективным методом для измерения свойств фотонов и нейтральных мезонов в эксперименте MPD в области малых поперечных импульсов и что начальная конфигурация детектора MPD позволяет измерять рождение π⁰-мезонов методом конверсии уже с первого года набора данных.

Подробнее с материалами семинара можно будет ознакомиться на сайте ОФВЭ НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ.