Пояснительная записка к проекту резолюции нтс о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе итэф




Скачать 239.25 Kb.
НазваниеПояснительная записка к проекту резолюции нтс о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе итэф
Дата конвертации18.05.2013
Размер239.25 Kb.
ТипПояснительная записка
Пояснительная записка к проекту резолюции НТС о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе ИТЭФ.


Программа: Холодная сверхплотная бариононасыщенная материя


Аннотация: Предлагается программа исследований по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе ИТЭФ. Целью программы является получение новых знаний о природе взаимодействий ядерной материи, экспериментальное обнаружение и исследование свойств сверхплотной ядерной материи. Для этого предлагается отобрать по кинематическим критериям редкие взаимодействия релятивистских ионов с ядрами, соответствующие взаимодействию мультикварковых локальных флуктуаций. В таких взаимодействиях предлагается искать холодную сверхплотную бариононасыщенную материю и изучать ее свойства. Плотность предлагается измерять методами фемтоскопии. Среди предполагаемых свойств холодной сверхплотной материи в первую очередь предлагается изучить эффекты изосимметризации и усиления странности, а также образование мультикварковой экзотики. В процессе реализации программы предполагается осуществить ряд инновационных разработок; в частности координатночувствительные компактные и легкие нейтронные детекторы, оригинальную система сбора и ON-LINE обработки информации, компактные пороговые детекторы на основе АРD, оригинальные разработки в области фемтоскопии.


Введение.


Релятивистская ядерная физика является одним из наиболее динамично развивающихся и актуальных направлений фундаментальных исследований в области физики высоких энергий. В мире создаются и планируются специализированные современные ускорители (RHIC, SIS-100(300), NICA) и большие современные установки (STAR, PHENIX, ALICE, CBM, MPD) для исследований в этой области. Новые состояния вещества, фундаментальные симметрии, природа конфайнмента и механизмы адронизации, модификация частиц в плотных средах – далеко не полный перечень тем, развиваемых этим направлением.

ИТЭФ, наряду с ОИЯИ, был пионером в этой области науки при ее зарождении и до 1990-х, когда по понятным причинам первенство было потеряно. Несмотря на это ИТЭФ все ещё имеет собственную ускорительную базу и кадры необходимые для инициализации процесса восстановления позиций российской науки на этом научном направлении, а при определённых условиях даже для проведения актуальных и современных экспериментов в этой области, поддержанных оригинальными теоретическими разработками ИТЭФ. К сожалению, эти возможности не могут существовать в режиме консервации и, если их не использовать, в ближайшие годы роль ИТЭФ в релятивистской ядерной физике с большой вероятностью необратимо станет маргинальной, что неизбежно отразится и на положении института в целом.

В настоящее время в ИТЭФ осуществляется на установке FLINT(ФЛИНТ) оригинальная физическая программа по поиску и изучению свойств сверхплотной холодной материи, получившая признание и за пределами института. Суть программы состоит в том, чтобы с помощью специальных (кинематических) критериев отобрать экстремально редкие взаимодействия ядер с ядрами, в которых роль процессов, протекающих при сверхвысокой (в десятки раз больше стандартной ядерной) плотности может быть на несколько порядков выше, чем в обычных ядро-ядерных взаимодействиях. Вследствие этого ожидаемые для сверхплотной материи эффекты должны стать доступными экспериментальному исследованию.

Публикация первых результатов и включение элементов программы в физические программы установок CBM(FAIR), MPD(NICA) с одной стороны свидетельствуют о перспективности программы ФЛИНТ, но, с другой стороны, обостряют вопрос о сроках выполнения тех её элементов, которые могут быть выполнены на ускорительном комплексе ИТЭФ и условиях, необходимых для этого.

В данном предложении будут рассмотрены:

  1. Основные положения физической программы и достигнутый статус её выполнения

2. Предлагаемый набор экспериментов и соответствующие этапы развития установки

3. Кадровые и технические возможности ИТЭФ в реализации программы.

  1. Возможности кооперации с целью удешевления и ускорения реализации программы.


1.Основные положения физической программы и достигнутые результаты.


Предметом исследований в области релятивистской ядерной физики является хромодинамика сред. С теоретической точки зрения весьма важно подробно исследовать структуру фазовой диаграммы в КХД (рис.1, фазовая диаграмма)





и найти характерные сигналы в процессах взаимодействия ядер, указывающие на наличие фазовых переходов(см., например [1]). Одной из главных задач экспериментов на пучках тяжёлых ионов является обнаружение и исследование новой формы КХД-материи − кварк-глюонной плазмы [2]. В настоящее время основные усилия экспериментаторов (RHIC, LHC) сосредоточены на исследовании области фазовой диаграммы при больших температурах и малых барионных плотностях [3]. Это отражает состояние теории примерно десятилетней давности, когда фазовая диаграмма состояла всего из двух областей - адронной фазы и кварк-глюонной плазмы. За последние годы развитие теории привело к существенному усложнению фазовой диаграммы, в частности, к появлению критической точки [4]. Обнаружение критической точки при промежуточных температурах и плотностях рассматривается как одна из важнейших задач проектов FAIR и NICA. Область низких температур и сверхвысоких плотностей обычно считается трудно достижимой в лабораторных условиях, хотя в природе, возможно, и реализуется в виде нейтронных звёзд. Именно при больших плотностях и малых температурах ожидается фазовый переход первого рода и существование фазы, характеризующейся цветовой сверхпроводимостью [5] и сильно модифицированным взаимодействием между кварками. Труднодоступность этой области обусловлена тем, что в руках экспериментаторов мало инструментов для перемещения по фазовой диаграмме. Можно менять начальную энергию и массовые числа сталкивающихся ядер, отбирать прицельные параметры. Это не даёт возможность исследовать всю фазовую диаграмму, а задаёт лишь некоторую доступную исследованию область, Т+-dT(ρ+-dρ), причём достаточно узкую.

В обнаруженном в 70-х годах прошлого века кумулятивном эффекте [6] речь с самого начала шла о локальных плотных флуктуациях ядерной материи. Некоторые свойства кумулятивных процессов, например, усиление странности, обнаруживают аналогию с ожидаемыми проявлениями кварк-глюонной плазмы. Однако обсуждение кумулятивных процессов в контексте кварк-глюонной плазмы обычно встречает ряд существенных возражений. Во-первых, большие плотности если и реализуются в кумулятивных процессах, то только в короткоживущих флуктуациях (названых Д.И. Блохинцевым флуктонами [7]). Во вторых, частицы в таких флуктуациях могут быть сильно виртуальными и иметь большие относительные импульсы. В третьих, это локальные малонуклонные флуктуации и говорить о свойствах среды некорректно (хотя существование капелек плазмы и возможно [8]).

В начале 90-х годов, исходя из логики эксперимента, Г.А. Лексин предложил искать флуктон-флуктонное взаимодействие. Было показано, что в области больших поперечных импульсов и малых быстрот (в С.Ц.М.) роль флуктон-флуктонного взаимодействия может стать доминирующей.

Не отрицая важности наблюдения флуктон-флуктонного взаимодействия самого по себе, коллаборация FLINT (FLucton INTeraction), сложившаяся в середине 2000-х. во главу угла ставит возможность, используя флуктон-флуктонное взаимодействие как инструмент, отобрать редкие (на уровне нанобарн) ядро-ядерные взаимодействия, в которых в конечном состоянии образуется реальная сверхплотная ядерная материя, в которой 20-30 кварков оказались бы в объёме масштаба 1 фм3, то есть плотность такого образования была бы в десятки раз выше стандартной ядерной плотности (~1/6 ГэВ/фм3).

Различие между исследованием кумулятивных процессов и предлагаемым проектом часто (при поверхостном ознакомлении с предметом) остается неясным. Исследование кумулятивных процессов – это изучение свойств флуктонов, механизма их образования и взаимодействия с частицами и другими флуктонами. Это могло бы стать предметом отдельной важной программы исследований, в том числе и на ускорительном комплексе ИТЭФ. В данной программе предлагается изучать свойства плотной барионной системы, которая, в принципе, могла бы быть образована и каким-либо другим способом.


Идея предлагаемой программы измерений.


Мы предлагаем, сталкивая ядра (на первом этапе легкие, от гелия до углерода) друг с другом, реализовать триггер на пион (каон, фотон) в центральной области быстрот и предельнодостижимых поперечных импульсах (рис.2).

В силу кинематических ограничений такой триггер отбирает преимущественно флуктон-флуктонное взаимодействие. Такой отбор, оставляя значительную долю кумулятивных процессов, на несколько порядков снижает вклад фоновых процессов. Взаимодействие делает частицы, входившие в оба флуктона реальными. Чем ближе энергия триггерной частицы к предельно возможной для данных сталкивающихся ядер, тем меньше должна быть внутренняя энергия системы вторичных барионов и, следовательно, тем медленнее будет развал этой системы. Это снимает (ослабляет) возражение о коротком времени жизни и больших относительных импульсах. И, наконец, при большой плотности, для того чтобы говорить о среде, достаточно гораздо меньших размеров системы, так как критерием является малость длины свободного пробега по сравнению с размерами системы, а длина свободного пробега уменьшается с ростом плотности.


Рис2(схема реакции АА-γВХ)





Реализовав предложенный триггер, мы предлагаем приступить к широкой программе исследования свойств образовавшейся в конечном состоянии системы. Экспериментальной проверке должен будет подвергнуться весь спектр предсказываемых теорией свойств плотной барионной материи в новом, совершенно неизученном секторе фазовой диаграммы, что делает предлагаемую физическую программу потенциально сопоставимой по объему с программой крупнейших установок, работающих или планируемых в области релятивистской ядерной физики. Перечень этих свойств будет уточняться, но уже ясно, что должны быть изучены изоспиновые состояния системы, пространственно-временные характеристики, проведён поиск экзотических частиц, например дибарионов, изучена роль присутствия странного кварка в триггере, особенности рождения векторных мезонов в плотной материи и т.д. В этой связи необходимо упомянуть, обсуждавшиеся в конце 80-х годов, программы исследований, в различной степени связанных с кумулятивными процессами [9]. Некоторые из этих предложений (хотя и в модифицированном виде) и целый ряд высказанных соображений представляются актуальными и сейчас.

В предлагаемом ниже списке задач можно выделить смысловые куски. Пункты а) -б) по сути являются проверкой эффективности триггера; Пункты в)-д) являются следствиями восстановления различных симметрий «под давлением» принципа Паули; пункт e) – о возможных совершенно новых явлениях в плотной среде.


Предлагаемая программа измерений.


Прежде всего, детектор должен быть способен выработать быстрый и достаточно эффективный триггер на флуктон-флуктонное взаимодействие. Возможность создания эффективного триггера такого типа экспериментально доказана в опытах, проводимых в ИТЭФ на установке FLINT[10].


Рис3, ФЛИНТ(фото)





Конкретная реализация основана на регистрации фотона в центральной области быстрот и больших поперечных импульсах с помощью электромагнитного калориметра на основе свинцовых стёкол(рис 3). Тип калориметра некритичен, но его энергетическое разрешение должно быть достаточным для измерения спектров кумулятивных фотонов. Максимальные значения суммарного порядка кумулятивности, достигнутая уже на первой стадии эксперимента − Q1+Q2~5, что соответствует минимальной барионной плотности на порядок больше стандартной ядерной (на данный момент лучший результат в мире, рис. 4)



Анализ этих данных свидетельствует о доминирующей роли флуктон-флуктонных взаимодействий в рождении фотонов при больших поперечных импульсах в центральной области быстрот. Эти результаты были получены всего за 10 часов работы ускорителя при интенсивности ~107 ионов/цикл (2007 год). В мартовском цикле 2010 года при ускорении ионов углерода до энергии 2-4 ГэВ/нуклон обе цифры были выше более, чем на порядок. За это же время примерно в 4 раза увеличился аксептанс установки, реально использовавшейся для набора данных. Это значит, что ускорительный комплекс ИТЭФ и установка ФЛИНТ потенциально могут достигнуть рекордных значений Q1+Q2~6-7 (более 20 кварков в капле сверхплотной холодной материи)

Триггер на заряженные пионы, каоны или  мезоны в принципе годится; возможность практической реализации подлежит обсуждению.

Далее будет рассмотрен ряд экспериментов по изучению различных свойств плотной барионнонасыщенной системы частиц, образующейся в отобранных редких событиях.


а) кластеризация


Пункты а, б являются, по сути, проверкой того, что триггером отобрано интересующее нас взаимодействие, в результате которого образовалась плотная барионнонасыщенная материя. Одним из ожидаемых следствий является кластеризация барионов-участников в импульсном пространстве. Если сталкиваются легчайшие ядра, такие, что большая часть нуклонов задействованы в составе флуктонов, то распределение по относительному импульсу барионов участников должно быть существенно более узким, чем распределение по суммарному импульсу пары барионов. Если ядра более тяжёлые, например, ядра углерода, то в спектре по относительному импульсу должен наблюдаться излом, отделяющий пары барионов, составляющих плотную и холодную барионную систему от других пар барионов, аналогичный излому спектра нуклонов, вылетающих из ядра, в котором видны области наблюдателей и участников. Наблюдатели сталкивающихся ядер (для которых эффект кластеризации тривиален) должны быть исключены из анализа. Положение кластера в импульсном пространстве модельно зависимо. В модели квазибинарного процесса столкновения флуктонов импульс кластера Pc~Pf1+Pf2-Ptrig , в модели где большую часть импульса флуктона несет один из его конституентов (например, кварк), а триггерная частица образуется в результате жёсткого взаимодействия этих конституентов, Pc~0 (в с.ц.м.). В обоих (разумеется, возможны и другие модели) случаях кластер ожидается в центральной области быстрот; разница − в поперечном импульсе кластера. Т.о., нужно идентифицировать и измерить импульсы барионов при y~0 и 0<Pt<Ptrig /( Q1+Q2), с точностью, лучше, чем характерный фермиевский импульс δP<<PF .


б) фемтоскопия

Вторым ожидаемым следствием является кластеризация барионов в координатном пространстве и увеличение времени разлёта кластера по сравнению с временем разлёта частиц не входящих в кластер и самих кластеров. Эти исследования могут быть проведены корреляционным методом (фемтоскопия). Фемтоскопией называется исследование парных корреляционных функций при малых относительных импульсах для различных сортов частиц [11]. Корреляционные функции дают информацию о размере и форме источника. Метод широко используется в столкновениях тяжёлых ионов.

В изучаемых нами процессах измерение пространственно-временных параметров образовавшейся системы необходимо для контроля плотности и времени жизни. Если разделить вторичные барионы на принадлежащие плотному кластеру, образовавшемуся во флуктон-флуктонном взаимодействии(Nc) и непринадлежащие ему участники (Nр) (спектаторы (Ns) иключены из рассмотрения), то можно ожидать иерархии размеров

r(Nc1 , Nc2 ) < r(Np , Np )< r(Nc , Np ).

Кроме того, насыщенность фермионной системы по-видимому должна приводить к уменьшению средних расстояний между нетождественными барионами по сравнению с тождественными, что само по себе является интересным физическим эффектом (см.также пункт (в)). Область импульсного пространства, в которой предлагается изучать корреляции, та же, что в пункте (а), корреляции pp (np) необходино измерять при относительных импульсах q<0.2 GeV/c с разрешением dq<

в) изосимметризация

Если плотная фермионнонасыщенная система создана (отобрана триггером) и этот факт установлен (пункты а, б), можно приступить к изучению её свойств. В такой системе должны быть задействованы все степени свободы, заселение которых не связано с большими энергетическими затратами. Соответственно ряд нарушенных симметрий должен обнаруживать тенденцию к восстановлению. Следствием этого являются свойства в, г, д. В частности, отношения сечений рождения частиц, представляющих собой компоненты одного изомультиплета должны быть близки к единице [12]. Это следствие тривиально для изосимметричных сталкивающихся ядер и триггера, но становится нетривиальным при столкновении ядер He3 друг с другом и (или) асимметричного триггера (например, заряженный пион или каон). Соответственно детектор должен быть способен измерить отношения p/n, π+/π-. Если измерение отношения сечений заряженных пионов является рутинной задачей для трекового детектора, то измерение сечений рождения нейтронов требует специальных усилий. Однако изосимметризация сечений нуклонов в данном случае представляется первичной и потому более информативной. Для повышения точности измерения эффектов изосимметризации и уменьшения систематических ошибок необходимы «фоновые» измерения на изосимметричных ядрах с изосимметричным триггером.


г) странность и экзотика

Другая нарушенная симметрия (SU(3)) также должна в условиях большой плотности фермионов проявлять тенденцию к восстановлению. Это должно было бы приводить к выравниванию вероятностей рождения различных компонент барионного октета. Однако увеличение сечения рождения, к примеру, Λ-барионов должно (сохранение странности) сопровождаться рождением дополнительных каонов, то есть заметно увеличивать рожденную массу в условиях дефицита энергии. При энергиях сталкивающихся ядер несколько ГэВ/нуклон последнее обстоятельство достаточно хорошо учитывается изменением минимально возможной массы мишени или кумулятивного числа [13]. При разделении эффектов массы и странности рождение странных частиц в отобранных взаимодействиях более вероятно, чем нестранных. Усиление странности рассматривается как одна из сигнатур и обычной кварк-глюонной плазмы благодаря процессам типа gg->s s [14].

Особенно интересен случай, когда дополнительный каон делает кумулятивное число системы известных частиц больше суммы масс сталкивающихся ядер. Когда возможности удовлетворить принципу Паули за счет известных степеней свободы исчерпаны, плотная барионнонасыщенная система вынуждена искать новые, неведомые формы жизни, например, лёгкие пентакварки типа (qqqqs) или (и) дибарионы типа (qqqqqqqs).

Роль экзотики ожидается повышенной по сравнению с обычными реакциями и в следствие насыщенной фермионной среды. Дикварковая среда будет способствовать образованию дибарионных резонансов. Экзотика, которая может образоваться в таких процессах, не может быть тяжёлой из-за кинематических ограничений. Лёгкие (ниже порога распада с образованием пионов) пентакварки типа (qqqqs) или (и) дибарионы типа (qqqqqqqs) по-видимому должны распадаться на нуклоны и фотоны. Существующие ограничения на сечения образования экзотики [16] на несколько порядков выше, чем сечение предлагаемого нами триггера и, следовательно, экспериментального запрета на обсуждаемую экзотику нет.


д) векторные мезоны



Ограничения, накладываемые на спектр возможных состояний сверхплотной материи принципом Паули могут приводить к относительному усилению частиц с более высоким спином. В связи с этим необходимо упомянуть, что в кумулятивных процессах ожидается повышенный выход резонансов и частиц с большим спином. В частности отношение векторных мезонов к скалярным должно расти с ростом порядка кумулятивности (эффект предсказан А.М. Балдиным) [15]. Для векторных мезонов в плотной среде есть целый пласт литературы с предсказаниями модификации их свойств. Критический разбор этих предложений явно выходит за рамки представленной записки, Однако отметим, что если эти ожидания оправданы, то при больших плотностях ожидаемые эффекты проявятся сильнее.


е) возможные расширения программы



Теория предсказывает существование при определённых условиях пионного конденсата [17]. Пока его не удалось обнаружить экспериментально. Одна из возможных причин - средняя плотность ядер недостаточна для его образования. Возможно, что пионный конденсат, предсказанный для больших объёмов ядерной материи, может проявляться в малых объёмах при очень большой плотности.

В плотной среде могут проявляться мультибозонные и мультифермионные эффекты [18].

В отбираемых триггером событиях флуктон-флуктонного взаимодействия энергия в системе центра масс на порядок выше, чем в нуклон-нуклонном взаимодействии при той же энергии пучков на нуклон. Поэтому рождения прямых фотонов в отобранных событиях может оказаться доступным для измерения.


2. Предлагаемый набор экспериментов и соответствующие этапы развития установки


Предлагается поэтапно реализовать предлагаемую программу экспериментов. На первом этапе в столкновениях лёгких ионов друг с другом предполагается обнаружить флуктон-флуктонное взаимодействие, измерить его сечения и оценить эффективность предлагаемого триггера на холодную сверхплотную материю, то есть изучить реакцию

А+А->γ+X,

ядра-углерод(бериллий), начальная кинетическая энергия - 2-4ГэВ/нуклон, фотоны регистрируются при Y~Yсцм и р~2-3ГэВ/с. Адекватная задаче установка – одноплечевой детектор на базе электромагнитного калориметра – создан и успешно работает. Оценка статистики: пучок 5*108 ядер С в цикл, эффективность мишени 2 %, время экспозиции 1000 часов, максимальнодостижимый порядок кумулятивности ( Q1+Q2, на уровне несколько десятков событий) – 6.5

Следующим этапом программы является обнаружение и локализация в импульсном пространстве образующейся при взаимодействии флуктона с флуктоном барионной системы. Предлагается изучить реакцию

А+А->γ+N+X,

где N-нуклон (протон или нейтрон), остальное- также, как в предыдущем эксперименте. Предполагается, что отклик на триггерный фотон будет локализован в центральной области быстрот при сравнительно небольших поперечных импульсах ptN ≤ р/( Q1+Q2), что приведёт к росту корреляционной функции фотона с нуклоном. Этот рост должен быть сильнее для лёгких сталкивающихся ядер. Ширина эффекта будет существенна для экспериментального подтверждения требуемых финальных параметров второго плеча установки. Оценка статистики: пучок 5*108 ядер С в цикл, эффективность мишени 2 %, время экспозиции 1000 часов, эффективность триггера 10%, максимальнодостижимый порядок кумулятивности ( Q1+Q2, на уровне 104 событий- 20 бинов корреляционной функции по 500 событий в бине) – 5


Для реализации этого пункта необходимо создание второго плеча установки (по крайней мере в усечённом по сравнению с финальной версией виде), способного идентифицировать нуклоны (протоны и(или) нейтроны) в диапазоне энергий 50-500МэВ.


(рис5, вариант два плеча в магнитном зале)




На этом этапе параметры второго плеча могут быть сравнительно легкодостижимыми (большой точности измерения импульсов не требуется, так как ожидаемая ширина эффекта ~pf~0.2ГэВ/с). Однако, имея в виду дальнейшее использование этого плеча для фемтоскопии, целесообразно уже на этом этапе создания детектора ориентироваться на достижение на порядок лучшей точности измерения импульсов нуклонов, что вполне реально.

Задачу идентификации и измерения импульса протонов можно решать довольно стандартным набором детекторов: несколько слоев координатных детекторов (камер) до и после магнита и времяпролетная система. Поскольку импульсы протонов сравнительно небольшие (0.3-1.2ГэВ/с), рекордных параметров магнита не требуется. Множественность вторичных заряженных частиц при таких энергиях сталкивающихся ядер сравнительно небольшая (~10-20), поэтому от трековых детекторов также не требуется рекордных параметров. Поскольку задача измерения импульса протона ложится на трековую систему, а времяпролетная система используется для идентификации протонов с β<0.7 на базе l>1m, то и для времяпролетной системы требуемые точности (~0.5нсек) не представляются проблемой. Тем не менее создание такого плеча на базе современного и надёжного оборудования представляет собой серьёзную задачу.

Включение нейтронов в список регистрируемых частиц на данном этапе не является необходимым, но, как и в случае с оценкой требуемой точности измерения импульса протона, следует принять во внимание, что на следующих этапах программы измерение нейтронов важно. Наиболее жёсткое требование к нейтронному детектору - измерение времени прихода сигнала с точностью порядка (~0.2нсек) - обусловлено тем, что на времяпролётную методику в случае нейтронов опирается не только идентификация, но и измерение импульса.

Следующий эксперимент в рамках предложенной программы – изучение кластеризации вторичных барионов в импульсном пространстве. Суть эксперимента- проверка гипотезы о многонуклонном характере системы, образующейся во флуктон-флуктонном взаимодействии. Для этого предлагается изучить реакцию

А+А->γ+N+N+X, (обозначения те же, что в предыдущем эксперименте).

Целью является измерение распределения по относительному импульсу нуклонов, участвовавших во флуктон-флуктонном взаимодействии. Это измерение даёт принципиально новую информацию, по сравнению с предыдущим пунктом экспериментальной программы, вследствие наличия фермиевского движения нуклонов в ядре. В частности, на этом этапе распределения по относительному импульсу pp, nn пар, с одной стороны, и np пар с другой, могут оказаться разными, что будет первым сигналом высокой плотности образовавшейся барионной системы.

В следующем эксперименте в той же реакции (А+А->γ+N+N+X) предлагается изучить корреляции нуклонов при малых относительных импульсах методами фемтоскопии. Это важно для того, чтобы установить степень локальности интересующего нас процесса, что, в конечном итоге, определит её плотность. На этом этапе второе плечо установки должно быть способно измерять импульсы барионов с точностью порядка 0.01 ГэВ/с и эффективно регистрировать пары частиц при малых относительных импульсах(до δp~0.02ГэВ/с)

В той же реакции (А+А->γ+N+N+X), но уже с обязательным включением в установку нейтронного детектора, предлагается изучить изотопические эффекты (отношения сечений нейтронов и протонов, сравнение размеров области генерации pp, nn пар, с одной стороны, и np пар с другой). Три последних эксперимента могут, с целью экономии ускорительного времени, объединены в один цикл, если создавать второе плечо сразу в варианте, удовлетворяющем всем трем задачам. Оценка статистики: пучок 5*108 ядер С в цикл, эффективность мишени 2 %, время экспозиции 1000 часов, эффективность триггера 10%, максимальнодостижимый порядок кумулятивности ( Q1+Q2, на уровне 5*104 пар нуклонов, наиболее критичная к статистике задача-фемтоскопия, 10% в точности определения размеров) – 5.


3. Кадровые и технические возможности ИТЭФ в реализации программы.


Изложенная выше программа предлагается коллаборацией ФЛИНТ, объединяющей в настоящее время около 20 сотрудников ИТЭФ из разных лабораторий. В создании оборудования и выполнении ряда измерений принимали и принимают, на временной основе, также участие сотрудники ИТЭФ, не входящие в коллаборацию (всего около 50 чел., не считая коллектив ускорительного комплекса). Основой коллаборации являются сотрудники лаборатории Релятивистской ядерной физики №22. Лаборатория состоит из семи научных сотрудников, двух радиомонтажников, одного аспиранта и четырех студентов-дипломников.

Кроме того, в коллаборацию ФЛИНТ входят сотрудники лабораторий ИТЭФ №№21, 305 и 112, вклад которых по ряду позиций очень существенен.

В рамках коллаборации ФЛИНТ происходит подготовка молодых специалистов. Защищена одна и подготавливается ещё одна кандидатские диссертации; защищено дипломных работ – 7, ещё 4 работы готовятся к защите.

Кроме того, существенно, что в рамках программы ФЛИНТ оказался востребованным потенциал целого ряда кадровых сотрудников ИТЭФ. При этом реальные возможности коллаборации в создании рабочих мест для имеющихся в институте квалифицированных кадров и подготовки молодых специалистов существенно выше.

К моменту создания коллаборации ФЛИНТ установки, адекватной поставленной задаче, в институте не существовало. В настоящее время экспериментальную базу программы ФЛИНТ составляют: два 64-канальных супермодуля электромагнитного калориметра на основе свинцовых стёкол общей площадью 1.3 м2, две 64-канальные системы регистрации заряженных частиц на основе сцинтилляторов с использованием лавинных фотодиодов, LED-система калибровки калориметрических модулей, система мониторирования интенсивности сброса. Установка ФЛИНТ оснащена современной системой сбора информации в стандарте VME, включая 30 16-канальных модулей АЦП, разработанных и созданных в ИТЭФ. Обустроен и оснащён современным оборудованием тестовый вторичный пучок №211 ускорителя ИТЭФ. Создано программное обеспечение для онлайн и оффлайн анализа набираемой тестовой и экспериментальной информации. Создан прототип нейтронного детектора оригинальной конструкции.

Было проведено два физических эксперимента на УК ИТЭФ на релятивистских пучках ионов общей продолжительностью около 500 часов ускорительного времени (основная часть этих измерений проведена в марте 2010 года и результаты ещё в стадии обработки), а также около 1500 часов тестовых и калибровочных измерений на пучках протонов.

Энергетический диапазон и интенсивность пучков ускорительного комплекса ИТЭФ в целом адекватны вышеописанной программе исследований. В соответствии с требованиями программы предполагается модернизация мишенной станции и организация медленного вывода пучков релятивистских ионов. Причин технического характера, препятствующих выполнению значительной части программы в ИТЭФ, не выявлено.

Хотя программа находится в начальной стадии выполнения, по данной тематике уже опубликовано 5 научных работ, из них 2 в реферируемых журналах. Сделано 10 докладов на международных совещаниях и конференциях. По результатам эксперимента 2007 года защищена кандидатская диссертация.


4.Возможности кооперации с целью удешевления и ускорения реализации программы.


Первое (триггерное) плечо предлагаемого проекта установки состоит из электромагнитных калориметров и LED-систем (созданных коллаборацией ФЛИНТ и требующих, в основном, экспуатационных расходов). Дополнением к нему являются система пороговых детекторов (собрана коллаборацией ФЛИНТ и находится в стадии отладки), модернизированная мишенная станция (создается в рамках программы развития ускорительного комплекса ИТЭФ), система мониторирования (создана и эксплуатируется коллаборацией ФЛИНТ).

В составе предполагаемого второго плеча установки входят нейтронный детектор, магнит, координатные детекторы, времяпролетный детектор




(рис6, ФЛИНТ в варианте на выведенном пучке). (Схема нарисована не в масштабе)


Нейтронный детектор. Находится в стадии R&D коллаборации ФЛИНТ. Должен обеспечить регистрацию (с эффективностью порядка 20%) и измерение импульса нейтронов (с точностью 10-20 MeV/c) в диапазоне импульсов 0.3-0.7 GeV/c при минимальном аксептансе 0.1 стерад. Предварительные оценки стоимости 36-канального нейтронного детектора – 16 чел. лет работы и ~5 млн.руб.




рис. 7, прототип нейтронного детектора.




рис. 8 - Тест нейтронного детектора на пучке.


Магнит. Требования: расположение под полярным углом ~ 35 на расстоянии порядка метра от мишени, аппертура ~0.6Х0.6м2, импульс p ~0.3-0.8 GeV/c, точность его измерения dp ~ 0.01GeV/c ). Один из прорабатываемых вариантов- адаптировать под наши требования существующий в институте магнит СП-57. По предварительным оценкам, это потребует ~2 чел. лет работы и ~2 млн.руб.

Опыт коллаборации ЭПЕКУР в создании и эксплуатации координатных детекторов и их инфраструктуры, включая электронику и программное обеспечение, могут стать материальной основой для сотрудничества коллабораций ФЛИНТ и ЭПЕКУР. У такого возможного сотрудничества есть и солидная физическая основа – мультикварковая экзотика, являющаяся предметом исследования коллаборации ЭПЕКУР, представляет интерес и для коллаборации ФЛИНТ, в физической программе которой такую экзотику предлагается искать в редких событиях с триггером на образование плотной бариононасыщенной материи. Ожидается, что в таких редких событиях роль экзотики будет существенно более высокой. В пользу сотрудничества и факт пересечения двух коллабораций по некоторым участникам и общая заинтересованность в развитии Ускорительного комплекса ИТЭФ.

Времяпролетная система находится в стадии проработки.

В рамках проекта оборудован тестовый пучок (рис.8) на базе магнитного тракта 211. В стандартное оборудование пучка входят сцинтилляционные счетчики, газовый пороговый черенковский счетчик и набор пропорциональных камер, обслуживающая их электроника, компьютеры и система питания, а также система управления магнитным трактом. Пучок используется для испытаний детекторов и их прототипов, калибровок и отработки методик измерения. Пучок используется и планируется для использования в будущем и для нужд других групп ИТЭФ, в том числе и для внешних проектов.




Рис. 8 Схема тестового пучка.


Проект(включая разработку и создание необходимого оборудования, проведение тестовых и физических измерений, обработку и публикацию результатов) рассчитан на 8 лет, начиная с начала его финансирования. Оценочная стоимость программы, включая стоимость оборудования и рабочей силы (без учета накладных расходов) 20 млн.руб./год.

В настоящее время уровень финансирования в несколько раз ниже необходимого. Финансирование работ по этой программе разбросано по нескольким госконтрактам (Н.Алексеев, Ю.Зайцев, И.Алексеев), что отчасти связано с участием в проекте сотрудников разных лабораторий. Ни в одном из госконтрактов работы по ФЛИНТ не являются ключевыми. Основная нагрузка приходится на договор Н.Алексеева. Корректно оценить расходы на ФЛИНТ затруднительно еще и потому, что члены коллаборации являются также участниками коллабораций CBM, CLAS, STAR, ALICE, D0, CMS, GDRE, MPD и др. и часть расходов ФОТ следует отнести на эти эксперименты. С учетом этих оговорок, максимальная оценка расходов ИТЭФ на эксперимент (включая ФОТ, оборудование, командировки) около 4 млн.руб. в год. Нерегулярность финансирования снижает эффективность этих расходов по крайней мере на 20-25%. ФЛИНТ поддерживается в настоящее время 4 грантами РФФИ: 08-02-00676_а (рук.Столин), 08-02-92496-НЦНИЛ_а (рук.Ставинский), 10-02-00340_а (рук.Ставинский), 10-02-93111-НЦНИЛ_а (рук.Михайлов), суммарным объемом финансирования 1.4 млн.руб. в год. Вследствие недостаточного финансирования ряд работ по программе ФЛИНТ заморожен, а выполнение других идет медленнее, чем нужно.


Литература

1. S.Hands, “The Phase Diagram of QCD”, arXiv:physics/0105022,Contemp.Phys.42:209-225,(2001); R.Casalbuoni,arXiv:hep-ph/0610179

2. E.V.Shuryak,Proceeding of Int.Conf.modern developments in nuclear physics,Novosibirsk,p.157 (1987); B.Muller „Quark Matter 2005 Theoretical Summary” arXiv.org:nucl-th/050862(QGP); M.Gyulassy and L.McLerran, nucl.Phys.A750,30(2005)

3.J.Adams et.al.,Nucl.Phys.A757,102(2005); I.Arsene et.al., Nucl.Phys.A757,1(2005); K.Adcox et.al.,Nucl.Phys.A757,184(2005); B.Back et.al.,Nucl.Phys.A757,28(2005).

4. Critical Point and Onset of Deconfinement - 4th International Workshop,

July 9 - 13, 2007 , Darmstadt, Germany

5. B.Barrois, Nucl.Phys.B129,390(1977); D.Brilin and A.Love,Phys.Rep.107,325(1984); M.Alford,K.Rajagopal,and F.Wilczek, Phys.Lett.B422,247(1988)[hep-ph/9711395]; R.Rapp,T.Schafer,E.V.Shuryak and M.Velkovsky, Phys.Rev.Lett.81,53(1988)[hep-ph/9711396], M. Alford, K. Rajagopal, T. Schäfer, A. Schmitt, "Color superconductivity in dense quark matter", arXiv:0709.463, Rev. Mod. Phys.80:1455-1515, (2008).

6.A.M.Бaлдин и др.., Препринт ОИЯИ-P1-5819(1971); ЯФ,18,79(1973). (cumulative effect)

7. Д.И.Блохинцев, ЖЭТФ, 6, 995(1958)(флуктон)

8.D.Seibert Phys.Rev.Lett.63,136 (1989); R.S.Bhalerao,R.K.Bhaduri,arXiv:hep-ph/0009333(droplets,high density low temperature)

9. С.А.Аверичев и др., Сообщение ОИЯИ-Р1-85-512(1985)-(СФЕРА); В.Б.Гаврилов,Г.А.Лексин, препринт ИТЭФ 37-90, 1990(план-1990)

10.FLINT

11. Г.И.Копылов и М.И.Подгорецкий, ЯФ,15,392(1972); S.E.Koonin, Phys.Lett.70B,43(1977); Р.Ледницки и В.Л.Любошиц, ЯФ,35,1316(1982); B.K.Jennings,D.W.Boal,C.J.Shillcock, Phys.Rev.C33,1303(1986); Ю.Д.Баюков и др. ЯФ,50,1023(1989). (femtoscopy)

12. Ю.Д.Баюков и др. ЯФ, 42,185(1985); Л.С.Воробьев и др. ЯФ, 59,694(1996). (изосимметризация)

13.В.С.Ставинский, сообщение ОИЯИ, Р2-80-767.(кумулятивное число)

14. J.Rafelski, B.Muller, Phys.Rev.Lett 48(1982)1066.(strangeness, gg->s s)

15.A.M.Baldin, S.B.Gerasimov, JINR communication E2-11804(1978)-(vector mesons)

16.Л.А.Кондратюк и др., ЯФ,45,1252(1987) (dibaryon); А.А.Григорян, А.Б.Кайдалов, Письма в ЖЭТФ, 28,318(1978), Nucl.Phys.B135,93(1978), D.Diakonov, Prog.Nucl.Phys.51(2003)173; R.L.Jaffe,hep-ph/0409362. (pentaquark)

17.A.B.Migdal Rev.Mod.Phys., 50,107(1978). (pion condensate)

18.R.Lednicky et.al.,Phys.Rev.C61,034901(2000).multiboson

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Пояснительная записка к проекту резолюции нтс о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе итэф iconПояснительная записка к проекту закона Воронежской области «О государственной (областной) поддержке социально ориентированных некоммерческих организаций в Воронежской области»
Выражаем благодарность за предоставленные материалы Кафедре Публичной политики ниу-вшэ

Пояснительная записка к проекту резолюции нтс о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе итэф iconПояснительная записка к дипломному проекту
Грамотное и качественное выполнение всех видов научных работ. Скидки, оригинальность, контроль плагиата, прямое общение с

Пояснительная записка к проекту резолюции нтс о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе итэф iconПояснительная записка к проекту национального стандарта
Основанием для разработки настоящего стандарта является «Программа работ по национальной стандартизации на 2011 год» (шифр 155 002....

Пояснительная записка к проекту резолюции нтс о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе итэф iconПояснительная записка к экзаменационным билетам по физике за 2011 год
Экзаменационные билеты сформированы в соответствие с программой вступительных испытаний по физике

Пояснительная записка к проекту резолюции нтс о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе итэф iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине: «Процессоры для цифровой обработки сигналов»
Вычислительная система цифровой обработки сигналов в реальном времени пояснительная записка

Пояснительная записка к проекту резолюции нтс о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе итэф iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине: «Процессоры для цифровой обработки сигналов»
Вычислительная система цифровой обработки сигналов в реальном времени пояснительная записка

Пояснительная записка к проекту резолюции нтс о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе итэф iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине: «Процессоры для цифровой обработки сигналов»
Вычислительная система цифровой обработки сигналов в реальном времени пояснительная записка

Пояснительная записка к проекту резолюции нтс о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе итэф iconЭкзамен по физике в 9 классе в традиционной форме (газете "Вестник образования")
Пояснительная записка к экзаменационным билетам по физике за курс основной школы

Пояснительная записка к проекту резолюции нтс о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе итэф iconПояснительная записка рабочая программа по физике для 10-11 классов составлена на основе
Определен также перечень демонстраций, лабораторных работ и практических занятий. Реализация программы обеспечивается нормативными...

Пояснительная записка к проекту резолюции нтс о поддержке работ по релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе итэф iconПояснительная записка к проекту территориального планирования муниципального образования «корниловское сельское поселение» (генеральный план)
Пояснительная записка к проекту территориального планирования муниципального образования «корниловское сельское поселение»


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница