авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 434

Лаборатория физики частиц

1. История создания ЛФЧ, задачи лаборатории и ее структура

Лаборатория физики частиц

(ЛФЧ) – самая молодая лаборатория в составе Объеди-

ненного института ядерных исследований. Основанная в 1988 году с целью концент-

рации интеллектуальных усилий и материальных ресурсов в исследованиях физики

элементарных частиц, выполняемых на внешних ускорителях, она была названа пер воначально Лабораторией сверхвысоких энергий (ЛСВЭ). Свое окончательное назва ние – ЛФЧ – лаборатория получила в 1999 году, когда праздновалось ее десятилетие.

В связи с быстрым развитием физики частиц, оказавшим глобальное влияние на современное мировое сообщество, перед руководством и научной общественностью ОИЯИ в 80-е годы встала задача пересмотреть организацию исследований в этой об ласти с целью эффективного использования интеллектуального и технического по тенциала Института. Уже тогда сооружение крупного ускорителя в ОИЯИ и в стра нах-участницах не представлялось возможным из-за экономических ограничений. В настоящее время это доступно только международным объединениям. В 80-х годах действовали следующие ускорители: У-70 (ускоритель протонов 70 ГэВ в ИФВЭ), – SPPS (коллайдер протонов и антипротонов 300 ГэВ в ЦЕРН), теватрон (коллайдер протонов и антипротонов 400 ГэВ во FNAL), HERA (коллайдер протонов и электро нов с энергиями 820 ГэВ и 30 ГэВ соответственно). Проектировались или обсужда лись машины: LEP (коллайдер электронов и позитронов с энергией 60 ГэВ), RHIC (коллайдер протонов и ядер с энергией 200 ГэВ/А), SSC (коллайдер протонов с энер гией 40 ТэВ), УНК (коллайдер протонов с энергией 3 3 ТэВ2).

ОИЯИ мог и должен был принять вызов времени и продолжить интенсивные ис следования в области физики частиц в условиях отсутствия собственной базовой ус тановки и быстро расширяющегося фронта работ в других центрах. Предпосылками для активной позиции Института были результаты успешного осуществления в 1968–1980 годах большой программы исследований в ИФВЭ, FNAL и ЦЕРН:

• изучение дифракционных процессов на У-70 и теватроне с помощью оригиналь ной методики струйной мишени и полупроводниковых детекторов;

• измерение формфакторов K- и -мезонов в их рассеянии на электронах в экспе риментах на У-70 и теватроне;

• исследование регенерации нейтральных каонов на У-70;

• выполнение на У-70 широкой программы исследований с помощью пузырьковой камеры ЛЮДМИЛА и пропановой двухметровой камеры;

• обнаружение образования ядер антигелия на У-70;

• исследование дифракционных процессов и пионных резонансов с помощью ис крового спектрометра МИС на У-70;

• исследование глубоконеупругого рассеяния мюонов на установке NA4 в ЦЕРН.

К тому времени в ОИЯИ уже существовали общеинститутские подразделения:

СНЭО (Серпуховской научно-экспериментальный отдел, обслуживающий установ ки ОИЯИ в ИФВЭ) и ОНМУ (Отдел новых методов ускорений, разрабатывавший и создававший системы УНК и других ускорителей). Кроме того, была подготовлена Комплексная программа исследований на период 1991–1995 годов и развития Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц Института до 2000 года, предусматривающая дальнейшее расширение исследований по физике частиц на внешних ускорителях.

В истории создания ЛФЧ решения 62-й сессии Ученого совета ОИЯИ от 5 июня 1987 года занимают особое место. Практически они определили цели, задачи, сроки и форму создания новой лаборатории. На этой сессии директор ОИЯИ академик Н.Н.Боголюбов выступил с докладом о подготовке Комплексной программы иссле дований и развития ОИЯИ на период до 2000 года и о мероприятиях по совершенст вованию структуры ОИЯИ. Комплексная программа на 1988–2000 годы, разработан ная с учетом основных целей ОИЯИ и достигнутого уровня исследований, проводимых в Дубне и других центрах в области физики элементарных частиц, пре дусматривала участие в экспериментальных исследованиях, нацеленных на:

• проверку предсказаний теории электрослабых и сильных взаимодействий в рам ках Стандартной Модели (СМ) и выхода за ее пределы;

• изучение структуры связанных состояний кварков и спиновых эффектов;

• изучение свойств промежуточных бозонов;

• изучение структуры адронов.

Эти эксперименты планировалось проводить главным образом на протонном синх ротроне ИФВЭ У-70 с помощью действующих и создававшихся установок ОИЯИ:

ГИПЕРОН, ЧАРМ, ДИМЕЗОАТОМ, СИГМА-АЯКС, МДС, СВД, НЕЙТРИННЫЙ ДЕТЕКТОР, МЕЧЕНЫЕ НЕЙТРИНО, а также на проектировавшемся в ИФВЭ Ус корительно-накопительном комплексе (УНК) встречных протон-протонных пучков на энергию 3х3 ТэВ. Для УНК с участием ОИЯИ разрабатывались установки ПАРУС НЕПТУН, МАРС-4, ГЛЮОН, НЕЙТРИННАЯ ПРОГРАММА и УКД. Планирова лось также продолжить сотрудничество с ЦЕРН, участвуя в эксперименте ДЕЛФИ на встречных электрон-позитронных пучках LEP, а также в экспериментах на SPS. Уста новки, предназначенные для работы при сверхвысоких энергиях, требовали развития техники и методики регистрации частиц. В частности, планировались работы по сле дующим направлениям:

• cоздание прецизионных вершинных детекторов;

• разработка технологии массового производства многопроволочных газовых де текторов;

• разработка калориметров с высокой грануляцией и высокой радиационной стой костью;

• разработка мюонных детекторов большой площади;

• разработка и создание электроники.

Комплексная программа включала в себя также участие ОИЯИ в сооружении отдель ных узлов УНК и других ускорителей на сверхвысокие энергии. Расширение про граммы исследований ОИЯИ в области физики частиц при высоких энергиях на ус корителях других центров, с которыми у Института уже было многолетнее взаимовыгодное сотрудничество, в первую очередь с ИФВЭ и ЦЕРН, требовало со вершенствования деятельности и пересмотра структуры ОИЯИ. В Комплексной про грамме было записано: «Подготовка и проведение экспериментов на УНК потребует больших средств и объединения усилий многих специалистов. В целях концентрации Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 436 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ усилий в этом направлении для наиболее рациональной организации работ ставится задача образования единого подразделения по физике высоких и сверхвысоких энер гий, в которое войдут заинтересованные коллективы из ЛЯП, ЛВЭ, ЛВТА, ОНМУ, СНЭО, а также математики и физики-теоретики». Таким образом, вопрос о создании новой лаборатории в ОИЯИ был поставлен в связи с планами расширения исследо ваний по физике частиц.

Специальная комиссия Ученого совета, итоги деятельности которой также были представлены на 62-й сессии, рекомендовала дирекции ОИЯИ приступить к прове дению следующих организационных мероприятий:

• преобразование ОНМУ в централизованный научно-методический отдел для раз работки детекторов и узлов УНК (июль 1987);

• образование Лаборатории экспериментов на УНК (март 1988);

• завершение формирования Лаборатории экспериментов на УНК (июнь 1989).

Название новой лаборатории еще не было определено, и пока условно она упомина лась как Лаборатория экспериментов на УНК.

По докладу Н.Н.Боголюбова Совет постановил одобрить проделанную работу по подготовке Комплексной программы. Эксперты из числа ведущих стран-участниц и членов Ученого совета приступили к доработке Программы и рекомендаций по со вершенствованию структуры ОИЯИ, чтобы представить эти материалы на утвержде ние 63-й сессии Ученого совета и очередного совещания Комитета полномочных представителей ОИЯИ. В приказе, выпущенном 26 октября 1987 года, для реализа ции рекомендаций предписывалось:

• преобразовать ОНМУ в Общеинститутское научно-методическое отделение (ОНМО) по физике высоких энергий, имея в виду его последующее включение в новую Лабораторию сверхвысоких энергий;

• в ОНМО на базе отдела ядерной физики создать научно-методический отдел;

• объединить малочисленные ускорительные подразделения ОНМО в отдел систем УНК.

Программа работ по системам УНК (система подавления поперечных колебаний пучка, системы измерения тока и частот бетатронных колебаний пучка, прецизион ного эталонного измерения тока для магнитометрического стенда ИФВЭ) была пред ложена в письме научного руководителя ИФВЭ академика А.А.Логунова от 24 сентя бря 1987 года. Реализация рекомендаций Комиссии в части создания новой лаборатории растянулась на более длительные сроки, чем это намечалось вначале.

На 63-й сессии Ученого совета ОИЯИ 12–14 января 1988 года директор ОИЯИ академик Н.Н.Боголюбов представил доклад о проекте Комплексной программы развития ОИЯИ до 2000 года и мероприятиях по совершенствованию структуры Ин ститута. В дискуссии по этому докладу выступили практически все члены Ученого со вета. Большинство из них: В.Г.Кадышевский, В.П.Джелепов, Г.Н.Флёров, Ч.Шима не, Н.Содном, Р.Сосновский, Х.Христов, Д.Киш, Нгуен Ван Хьеу, И.М.Франк, М.Г.Мещеряков – поддержали эти документы. Однако были и возражения. Делега ция ГДР (К.Ланиус) считала, что в Комплексной программе недостаточно четко из ложена идея концентрации усилий на наиболее важных научных направлениях и в Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц связи с этим решение по новой лаборатории кажется преждевременным. Это мнение разделила и делегация Румынии (А.Беринде). В некоторых выступлениях отмеча лось, что новая лаборатория нужна, но ее надо формировать без ущерба для других направлений. На это Г.Н.Флёров заметил, что без ущерба нельзя, как «нельзя поджа рить яичницу, не разбив яйца». Р.Сосновски отметил, что если одобряется Комплекс ная программа, предусматривающая расширение работ по физике частиц на внешних ускорителях, то новая лаборатория нужна для эффективной организации этих работ.

Совет одобрил проект и в Заключении и отдельно записал:

«Одобрить предложение по созданию новой Лаборатории сверхвысоких энергий.

Поручить дирекции ОИЯИ приступить к ее формированию, оставаясь в рамках фон да заработной платы, обусловленного бюджетом Института. Просить страны-участ ницы дать предложения по кандидатурам на посты директора и заместителей дирек тора этой лаборатории».

Состав первой дирекции вновь созданной лаборатории:

директор – д.ф.-м.н., профессор Савин И.А. (назначен 09.12.1988 г.);

заместители директора по науке:

доктор Прокеш А., начальник отделения экспериментальной физики, д.ф.-м.н. Голутвин И.А., начальник методического отделения, д.ф.-м.н. Саранцев В.П., начальник отделения ускорителей;

заместитель директора по общим вопросам – Мельниченко И.М.;

главный инженер – Калагин В.Д.;

ученый секретарь – к.ф.-м.н. Шафранова М.Г.

С самого начала своего создания лаборатория сотрудничала, в основном, с ИФВЭ, ЦЕРН, SSC и BNL по наиболее актуальным проблемам физики, детекторов и уско рителей. Первоначально наиболее широким и активным было сотрудничество с ИФВЭ. Затем (после 1991 г.) оно сузилось из-за прекращения работ по УНК и сокра щения финансирования У-70. Впервые в ОИЯИ лабораторией было инициировано сотрудничество с DESY, что сыграло важную роль в становлении новой лаборатории и упрочении ее позиций.

В настоящее время структура ЛФЧ включает в себя два научных отделения, четы ре самостоятельных научно-экспериментальных и научно-методических отдела, в том числе Серпуховской научно-экспериментальный отдел, который базируется в Протвино, два самостоятельных научных сектора. Имеется также опытное производ ство, электротехнический отдел, конструкторское бюро, отдел обслуживания. Штат ный состав лаборатории насчитывает 420 сотрудников.

Состав дирекции ЛФЧ в настоящее время:

директор – д.ф.-м.н., профессор Кекелидзе В.Д.;

заместители директора по науке:

д.ф.-м.н. Ледницкий Р., д.ф.-м.н., профессор Сапожников М.Г., к.ф.-м.н. Потребеников Ю.К.;

заместитель директора по общим вопросам – Мельниченко И.М.;

главный инженер – Петров В.А.;

ученый секретарь – к.ф.-м.н. Нагайцев А.П.

Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 438 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ Лаборатория успешно решает свои основные задачи: проведение текущих экспе риментов на уже существующих установках, подготовка новых экспериментов, разра ботка соответствующих приборов и развитие методик измерений характеристик час тиц и их взаимодействий, разработка методов и систем ускорения частиц до высоких энергий. Работы по этим направлениям, рассчитанные на длительную перспективу, опираются на сотрудничество c такими ведущими научными центрами, как ЦЕРН, DESY, ИФВЭ (Протвино), BNL, Подземная лаборатория в Гран-Сассо – INFN.

Полное число проектов, выполняемых лабораторией или с участием сотрудников лаборатории, – 22. Среди них 14 – это эксперименты по физике частиц и ядерной физике: CMS, ATLAS, NA48, COMPASS, HERMES, H1, HERA-B, STAR, NIS, EXCHARM, BOREXINO, ТЕРМАЛИЗАЦИЯ, СИНГЛЕТ, ДЕЛЬТА-СИГМА. Пять проектов – это создание систем ускорителей LHC, TESLA, CLIC, IREN и др., два проекта по прикладным исследованиям и один – по развитию информационных тех нологий.

Деятельность лаборатории в основном развивается в рамках международного на учно-технического сотрудничества. Программа исследований строится при учете ин тересов стран-участниц Института. Используя инфраструктуру и ресурсы ОИЯИ и ЛФЧ, они могут участвовать в крупных проектах с оптимальным и эффективным вложением своих сил. Лаборатория концентрирует усилия на наиболее актуальных направлениях и поддерживает проекты, решающие наиболее фундаментальные про блемы. Лаборатория выполняет НИР и участвует в создании наиболее перспектив ных детекторов и ускорительных систем и технологий, где у нее есть опыт и обще признанный международный авторитет. Результаты, достигнутые лабораторией, широко известны и высоко оценены международным научным сообществом.

2. Основные результаты исследований по физике частиц Международное сотрудничество через ОИЯИ с ИФВЭ (Протвино) ярко проявилось в экспериментах МИС, ЭКСЧАРМ и КМН на ускорителе У-70. В настоящее время на ускорителе У-70 ведутся работы по проекту ТЕРМАЛИЗАЦИЯ.

Проект МИС (руководитель А.А.Тяпкин) По предложению польских физиков во главе с профессором Р.Сосновским в ОИЯИ под руководством профессора А.А.Тяпкина в 1973 году был создан высокоточный пя тиметровый магнитный искровой спектрометр (МИС–ОИЯИ) для проведения экс периментов на ускорителе У-70. В то время это была самая крупная установка ОИЯИ в ИФВЭ. С помощью установки МИС–ОИЯИ на пучках пионов и каонов с импуль сом 25 и 40 ГэВ изучалось когерентное образование пионов и каонов на ядрах и вы яснялось существование бозонных резонансов. Этот эксперимент выполнялся как пятый совместный эксперимент по плану сотрудничества ГКИАЭ СССР и ЦЕРН.

Следует подчеркнуть, что это был первый совместный эксперимент ОИЯИ–ЦЕРН и выполнялся он на советском ускорителе. В этом эксперименте принимали участие ученые из Вены, Братиславы, Болоньи, Варшавы, Дубны, Милана и Хельсинки.

Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц На установке МИС был получен обширный экспериментальный материал для ис следования когерентного образования бозонных систем на ядрах и других интерес ных процессов. Важным методическим достижением явилось использование так на зываемой «живой» кремниевой мишени для измерения энергии ядер отдачи, а также впервые в мире – многопроволочных пропорциональных камер для выработки триг гера по множественности для искровых камер. Проведенный парциально-волновой анализ данных по когерентному образованию трехпионных систем позволил дока зать резонансную природу А1- и А3-мезонов, а также открыть два новых радиально возбужденных состояния пиона. Одно из этих состояний с массой (1240±30) МэВ и шириной (360±120) МэВ было подтверждено спустя два года в эксперименте, выпол ненном при энергии 200 ГэВ на тэватроне в Батавии, а второе – с массой (1770±30) МэВ и шириной (310±50) МэВ – через 11 лет в другом эксперименте в ИФВЭ. Эти состояния, интерпретируемые как радиальные возбуждения пиона, напрямую свиде тельствуют о его кварковой структуре. Несколько лет тому назад при анализе трехпи онных событий в интервале масс 600–900 МэВ было получено указание на существо вание еще одного возбужденного состояния пиона с массой 750 МэВ. В настоящее время проводится анализ на существенно большем количестве трехпионных собы тий, набранных в течение 1984–1990 годов на установке МИС-2. Таким образом, ис следованиями на установке МИС-ОИЯИ было обосновано новое направление по изучению спектроскопии радиально-возбужденных систем из легких и странных кварков. Результаты, полученные на МИС, докладывались на многих международ ных конференциях, в том числе и пяти Рочестерских конференциях, а также опубли кованы в 47 научных работах.

Проект ЭКСЧАРМ (руководитель В.Д.Кекелидзе) Эксперимент ЭКСЧАРМ нацелен на исследование характеристик инклюзивного рождения очарованных и странных частиц и на поиск узких барионных резонансов в нейтрон-нуклонных взаимодействиях на ускорителе У-70 ИФВЭ. С этой целью в Протвино создана специальная экспериментальная зона, включающая в себя канал нейтронов, здание с соответствующей инфраструктурой и установку ЭКСЧАРМ. Ра боты по эксперименту начаты в 1990 году и проводились международным сотрудни чеством: Дубна–Алма-Ата–Бухарест–Минск–Москва–Пловдив–Прага–София– Серпухов–Тбилиси. Эксперимент продолжил исследования, начатые ранее на уста новках БИС, БИС-2 и ЧАРМ. Первые данные получены в 1992 году. Установка ЭКС ЧАРМ предназначена для регистрации событий в переднем конусе, ограниченном, в основном, апертурой магнита. Она включает следующие компоненты:

• магнитный спектрометр, включающий 11 пропорциональных камер (ПК);

• систему идентификации частиц, включающую два пороговых черенковских газо вых счетчика;

• триггерную систему, включающую ПК и два годоскопа сцинтилляционных счет чиков;

• систему управления мишенью, позволяющую использовать набор различных ми шеней.

Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 440 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ Схема установки EXCHARM:

Т – мишень;

РС – пропорциональные камеры;

СС – черенковские счетчики;

H1, H2 – сцинтилляционные годоскопы;

SP-40A – спектрометрический магнит За время экспозиции установки до 1998 года проведено 15 сеансов. Набрано более 6108 событий.

Перечислим коротко полученные физические результаты.

Измерена масса 0 и отношение парциальных вероятностей распадов c – (+ p K0+–)/(+ 0++–), характеристики рождения и распада гиперонов, c c антигиперонов, странных мезонов, парного и ассоциативного рождения -мезонов.

Измерена поляризация -гиперона, исследованы поляризационные эффекты в рож дении странных векторных мезонов, изучены интерференционные корреляции в Установка ЭКСЧАРМ Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц парном рождении 0-гиперонов и бозонов. Определены сечения инклюзивного рож – дения – и +.

Продолжаются работы по анализу данных при участии физиков Болгарии, Грузии Казахстана и России. Опыт сотрудничества востребован и развит в экспериментах NA48 и H1. Результаты опубликованы в 38 работах, защищены одна докторская, пять кандидатских диссертаций и более 10 дипломных работ.

Проект КМН (руководитель от ОИЯИ И.А.Савин) С 1986 по 1996 год специалисты ЛФЧ принимали активное участие в подготовке и проведении экспериментов на Комплексе меченых нейтрино, КМН, в ИФВЭ (Про твино).

Через ОИЯИ в это сотрудничество также вошли болгарские, немецкие и чешские специалисты. Совместно с физиками из Протвино и Цойтена (Германия) специали стами ОИЯИ был внесен определяющий вклад в создание мюонной системы на ос нове дрейфовых трубок, а также в разработку физической программы исследования каонных распадов с помощью станции мечения КМН. Научную важность этих работ подчеркивает тот факт, что даже после объединения Германии из всех прежних со трудничеств с ОИЯИ дирекция DESY, куда бывший институт в Цойтене вошел на правах филиала, поддержала участие немецких физиков только в каонном экспери менте на КМН. По результатам, составившим основу предложения по поиску заря довой CP-асимметрии в каонных распадах, были защищены две кандидатские дис сертации, причем одна из них – в Германии. Результаты этих работ неоднократно докладывались на международных конференциях, в том числе на Рочестерской кон ференции в Варшаве в 1996 году.

Дрейфовые трубки для мюонного спектрометра Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 442 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ Проект ТЕРМАЛИЗАЦИЯ (руководитель от ОИЯИ В.А.Никитин) Цель эксперимента состоит в исследовании коллективного поведения вторичных частиц, образованных в многочастичном pp-взаимодействии при энергии пучка про тонов 70 ГэВ. Предполагается исследовать область высокой множественности n = 2050. У порога реакции pN + 2N, где n = 69, все частицы имеют малый от носительный импульс, и в термализованном плотном и холодном адронном газе вследствие многобозонной интерференции может возникнуть ряд коллективных эф фектов в поведении вторичных частиц. Так, ожидается увеличение парциального се чения рождения n тождественных частиц по сравнению с общепринятыми экстрапо ляциями, а также увеличение выхода прямых фотонов в результате тормозного излучения в партонном каскаде и аннигиляции + + – n в плотном и холодном пионном газе. Кроме того, возможно формирование струй, состоящих из тождест венных частиц, и образование многопионного (десять и более пионов) связанного состояния, которое в процессе формирования излучает мягкие фотоны.

В области высокой множественности (n 30) большая часть энергии в с.ц.м. ма териализуется, что ведет к высокой плотности адронной системы. В этих условиях может образоваться пионный конденсат или произойти фазовый переход в кварк глюонную плазму. Поэтому в эксперименте также планируется поиск сигналов обра зования кварк-глюонной плазмы: большой перемежаемости частиц в фазовом прост ранстве, увеличенного выхода прямых фотонов и др.

Физическая программа исследований определяет параметры установки, которая должна детектировать с высокой эффективностью события с множественностью от 20 до 40 заряженных частиц и до 100 фотонов, c нижним порогом регистрации по следних около 50 МэВ. Триггерная система отбирает редкие события с указанной большой множественностью, обеспечивая коэффициент подавления событий с низ кой множественностью n 20 на уровне 104. Магнитный спектрометр должен иметь разрешение p/p около1,5% в интервале импульсов от 0,3 до 5,0 ГэВ/с.

Эксперимент выполняется на действующей в настоящее время на У-70 установке СВД – Спектрометр с вершинным детектором. Она создана для исследования рождения и распада очарованных частиц, но имеет основные компоненты, необходимые для вы полнения физической программы проекта «Термализация». Модернизированная уста новка СВД включает в себя следующие основные элементы: ядерные мишени, жидко водородную мишень, вершинный детектор на базе полосковых кремниевых счетчиков, электромагнитный калориметр, пороговый черенковский счетчик, магнитный спектро метр, систему триггера для регистрации редких событий с высокой множественностью.

За период 1999–2003 годов на установке СВД было записано 50 106 событий вза имодействия протонов с ядрами С, Si, Cu, Pb. В 2004 году в этих данных в спектре ин вариантной массы системы pKs был найден пик, указывающий на резонанс с массой 1526±3±3 МэВ/с2 и шириной не больше, чем 24 МэВ/с2, которые соответствуют +-бариону с положительной странностью, предсказанному как экзотический бари – он, состоящий из пяти кварков uudds – пентакварк. Полное сечение образования +-бариона в pN-взаимодействиях оценено как 30120 мкб.

Сотрудничество ТЕРМАЛИЗАЦИЯ включает организации НИИЯФ МГУ, ОИЯИ, ИФВЭ, ФИАН, Гомельский университет (Беларусь), Тбилисский университет (Грузия).

Опубликованы пять статей.

Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц Схема установки СВД на ускорителе У-70 :

С1, С2 – пучковые сцинтилляционные и кремниевые годоскопы;

С3, С4 – мишенная станция и кремниевый вершинный детектор;

1, 2, 3 – трекер на дрейфовых трубках;

4 – пропорциональные камеры магнитного спектрометра;

5 – пороговый черенковский счетчик;

6 – сцинтилляционный годоскоп;

7 – электромагнитный калориметр Сотрудничество с ЦЕРНом состоит в участии ОИЯИ в экспериментах на ускори теле SPS (NA4, SMC (NA47), WA98, NA48/1, NA48/2, COMPASS) и подготовке новых экспериментальных установок (CMS, ATLAS) на создаваемом коллайдере LHC.

Проект NA4 (руководитель И.А.Савин) Исследования в области физики глубоконеупругого рассеяния (ГНР) мюонов с це лью изучения внутренней кварковой структуры нуклона (протона и нейтрона) явля ются основой успешного сотрудничества ОИЯИ и ЦЕРН в течение последних 30 лет.

Начало этому сотрудничеству было положено в 1974 году, когда Институт был принят в первый совместный крупномасштабный эксперимент NA4 (коллаборация Боло нья–ЦЕРН–Дубна–Мюнхен–Сакле) (BCDMS). Со стороны ОИЯИ экспериментом руководили профессора И.А.Савин и И.А.Голутвин. ОИЯИ внес большой вклад в этот эксперимент – в Дубне был изготовлен сердечник 50-метрового магнита и пропорциональных камер размером 1,5 3,0 м2. Финансовый вклад ОИЯИ составлял 33% от полной стоимости созданной установки.

Физическая программа исследований глубоконеупругого рассеяния мюонов и нейтрино стала одним из главных разделов всех экспериментов, которые велись и ве Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 444 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ дутся в ЦЕРН с 1976 года. Подготовка и проведение эксперимента, включая заверше ние обработки данных, охватили период с 1976 по 1990 год. Главной задачей экспери мента NA4 было исследование ГНР мюонов в широкой области кинематической пе ременной Бьеркена x (до x 1) и максимально большими значениями квадрата переданного четырехимпульса (Q 2 ~ 300 ГэВ2). Огромная длина мишени (40 м) поз волила выполнить эти исследования с высокой статистической точностью (~1,5%) на протонной, дейтериевой и углеродной мишенях, а также изучить ядерные эффекты в ГНР и получить уникальные данные по измерению эффектов электрослабой (-Z) интерференции в ГНР мюонов на углеродной мишени, которые практически анон сировали существование Z-бозона за два года до прямого открытия этой фундамен тальной частицы – переносчика слабого взаимодействия. Следует отметить, что в эксперименты по изучению ядерных эффектов в структурных функциях нуклонов и эффектов электрослабой интерференции в ГНР мюонов сотрудники ОИЯИ внесли определяющий вклад, начиная от разработки физического предложения до получе ния результатов. Модернизация установки для проведения этих экспериментов – со здание переднего мюонного спектрометра для регистрации событий с малыми пере данными импульсами – была выполнена также при определяющем вкладе сотрудников ОИЯИ. Координацию этих работ в рамках коллаборации осуществлял профессор И.А.Голутвин.

Полученные в NA4 (BCDMS) эксперименте данные по структурным функциям на протонной, дейтронной и углеродной мишенях стимулировали разработку и созда Общий вид мюонного спектрометра установки NA Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц Сотрудники научно-методического отделения ЛФЧ – создатели больших пропорциональных камер установки NA ние программ анализа этих данных с целью проверки квантовой хромодинамики.

Анализ этих данных при большом вкладе физиков ОИЯИ позволил выполнить про верку пертурбативной КХД с точностью несколько процентов для эволюции струк турных функций и получить значение константы сильных взаимодействий s с рекордной точностью. Результаты коллаборации BCDMS вошли в мировую базу дан ных по физике высоких энергий и имеют один из самых высоких индексов цитиро вания (к 2002 году число ссылок на публикации с результатами BCDMS достигло 2150). По результатам, полученным BCDMS коллаборацией, в научных изданиях опубликованы 96 работ. Участие ОИЯИ в первом крупномасштабном совместном эксперименте NA4 укрепило научный авторитет Института и открыло дорогу для ра бот в других международных экспериментах в ЦЕРН, DESY, Fermilab и BNL. Впер вые была доказана возможность участия ОИЯИ в международном разделении труда по созданию крупных экспериментальных установок. В результате проведения экс перимента в ОИЯИ было открыто новое научное направление – исследование квар ковой структуры нуклона, которое развивается и продолжается до настоящего вре мени (эксперименты HERMES (DESY) и COMPASS (CERN)). Была разработана передовая технология создания и массового производства современных детекторов;

внедрены современные средства обработки экспериментальных данных;

разработа ны новые теоретические методы.

Работа в эксперименте NA4 стала хорошей школой подготовки научно-техничес ких кадров высшей международной квалификации. Более 80 сотрудников ОИЯИ, Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 446 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ включая 20 из стран-участниц, приобрели опыт работы в крупном международном эксперименте. По материалам и результатам BCDMS было защищено четыре доктор ских и одна кандидатская диссертации.

Проект NA47 (руководитель И.А.Савин) Исследования структуры нуклонов, начатые коллаборацией BCDMS в эксперименте NA4, были продолжены физиками ОИЯИ в 1988–1995 годах в рамках другого экспе римента NA47 в составе так называемой Спиновой мюонной коллаборации (SMC).

Основная задача этого эксперимента состояла в определении вклада кварков в спин поляризованных нуклонов и проверке фундаментальных правил сумм для зависящих от спина структурных функций нуклонов. Для спектрометра SMC физиками ЛФЧ была создана система дрейфовых камер, перекрывавшая площадь нескольких десят ков квадратных метров. Физики ЛФЧ также приняли участие в создании и совершен ствовании крупнейшей в мире поляризованной мишени. Начиная с 1991 года, колла борация SMC регулярно представляла новые результаты на всех крупнейших международных конференциях. В результате было с высокой точностью установлено, Группа сотрудников ЛФЧ – создателей дрейфовых камер спектрометра SMC Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц что вклад кварков в спин нуклонов не превышает 20%, нарушаются правила сумм Эл лиса-Джаффе для зависящих от спина структурных функций протона и нейтрона, но при этом выполняется правило сумм Бьеркена для разности структурных функций протона и нейтрона. Эти результаты стимулировали постановку других эксперимен тов в ЦЕРН (COMPASS), в США (Fermilab) и в DESY (HERMES) с целью дальней шего изучения спиновой структуры нуклонов. В эксперименте NA47 (SMC) приняло участие около 50 сотрудников ОИЯИ из разных стран-участниц. Было опубликовано более 30 научных работ, защищена одна докторская и две кандидатские диссертации.

Проект WA98 (руководитель А.С.Водопьянов) Задача эксперимента WA98 состояла в исследовании общих свойств взаимодействия ядер свинца при импульсе 158 АГэВ/с: поиск сигналов образования кварк-глюонной плазмы, определение параметров центрального файербола – размера, времени эво люции и температуры, поиск эффектов кирального конденсата.

Группа ЛФЧ участвовала в подготовке и реализации проекта WA98 в период 1994–2002 годов. Эксперимент выполнялся на выведенном пучке ядер свинца на ус корителе SPS в ЦЕРН. В сотрудничество входили 20 организаций из Европы, США, России, Японии. Наиболее активные связи группа ЛФЧ имела с группой Женевско го университета. Обязательства группы ЛФЧ состояли в создании сцинтилляционно го годоскопа на 500 каналов регистрации времени пролета вторичных частиц. Полу чена точность измерения времени пролета 120 пс, что является лучшим результатом в данном классе приборов. Годоскоп входил в систему идентификации частиц. По ставленная методическая задача была успешно решена. Группа также участвует в об работке данных и публикации результатов.

Наиболее важные физические результаты состоят в следующем.

Проверена гипотеза о киральном конденсате, признаками которого являются увеличенный выход нейтральных пионов и увеличенная дисперсия выхода нейт ральных и заряженных частиц. Измерен выход нейтральных пионов как функция множественности вторичных частиц. Признаки кирального конденсата не обнару жены. Впервые в ядерных взаимодействиях измерен выход прямых фотонов и на блюдена их парная корреляция, уточнены модели ядерных взаимодействий. Изме рены спектры +- и –-мезонов и уточнены параметры области файербола – размер и температура.

По результатам эксперимента опубликованы 22 статьи.

Проекты NA48, NA48/1, NA48/2 (руководитель В.Д.Кекелидзе) Установка NA48 создана при значительном материальном и творческом вкладе уче ных ЛФЧ ОИЯИ на всех этапах подготовки и проведения эксперимента. При этом использованы высокие технологии, иногда недоступные в странах-участницах ЦЕРН. Так, было произведено и поставлено в ЦЕРН около 23 тонн криптона. Объем газа соизмерим с мировым его производством, а качество и чистота не имели анало гов в мире. Для производства этой партии сверхчистого криптона совместно с Науч но-исследовательским и конструкторским институтом энерготехники (НИКИЭТ) был построен перерабатывающий завод под Екатеринбургом, основанный на уни кальных технологиях. Сотрудники ОИЯИ внесли определяющий вклад в организа Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 448 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ цию строительства этого завода, а также в разработку технологического процесса.

Криостат для жидкокриптонового калориметра – одного из главных детекторов экс перимента, также был построен по уникальным технологиям российской космичес кой индустрии на заводе им. Хруничева при полной финансовой поддержке Между народного научно-технического центра (МНТЦ). Это был первый проект МНТЦ, нацеленный на поддержку фундаментальной науки, и первый случай выделения средств на поддержку эксперимента в ЦЕРН. Сотрудниками ОИЯИ была разработа на и создана быстрая электроника считывания данных с детектора пучка KABES, впервые объединившего принципы ТРС-камеры и MICROMEGAS по усилению ио низационного сигнала. Это была первая работающая в реальном эксперименте элек троника, базирующаяся на микросхемах HPTDC, произведенных по новейшим раз работкам ЦЕРН и технологиям фирмы IBM. Таким образом, в ОИЯИ удалось успешно освоить и даже развить высокие электронные технологии.

Серия экспериментов NA48 заслужила репутацию наиболее точных и надежных.

Данные о свойствах частиц (PDG) были расширены, исправлены или уточнены их результатами. Такая репутация заслужена не только благодаря уникальным детекто рам, но и благодаря участию в эксперименте большого числа молодых талантливых физиков, благодаря эффективным принципам организации работ, когда любой фи зический результат получался независимо несколькими группами, входящими в со трудничество, одной из которых была ЛФЧ.

В настоящее время ЛФЧ является одним из ведущих центров анализа данных со трудничества NA48. Здесь протекает основной творческий процесс получения ре зультатов эксперимента, проводимого на ускорителе ЦЕРН. Преимущества такой на учной политики для ОИЯИ очевидны, поскольку привели к развитию в ЛФЧ информационной инфраструктуры (фермы компьютеров, программного и сетевого обеспечения, зала для видеоконференций и др.). Она способствует привлечению в ОИЯИ талантливой молодежи из стран-участниц ОИЯИ, а также повышению уров ня научных дискуссий в лаборатории. В эксперименте NA48 участвовало более 50 со трудников, аспирантов и студентов из России, Болгарии, Грузии и Казахстана.

Основные результаты эксперимента NA48. Обнаружено существование прямого нарушения СР-четности – явления, вытекающего из основополагающих принципов Стандартной Модели. Научная общественность ожидала этого результата более лет, со времени Нобелевского открытия 1964 года, сделанного в Брукхейвене, когда впервые было обнаружено СР-нарушение в распадах нейтральных долгоживущих ка онов KL +–, которое происходит за счет малой примеси СР-четного состояния в СР-нечетное состояние KL. Оно характеризуется малым комплексным параметром, где Re() = 2,310–3. В рамках СМ такое смешивание обусловлено переходом с несо хранением странности S = 2. Два поколения (аромата) кварков d, s достаточны для этого процесса. Однако СМ предсказывала также и прямое СР-нарушение, происхо дящее в слабых распадах с S = 1. Для описания прямого нарушения СР-четности не обходимо наличие трех поколений кварков. Оно может проявляться в распадах ней тральных каонов за счет интерференции конечных состояний с различными значениями изоспина и описывается малым комплексным параметром. Теоретиче ские расчеты предсказывают значение для отношения Re(/) в интервале 01010–4.

Экспериментально наблюдаемой величиной, позволяющей измерить параметр Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц Общий вид установки NA48 в райо не жидкокриптонового калоримет ра и криостат этого калориметра, изготовленный в России прямого СР-нарушения, является отношение R = {(KL 00)/(KS 00)}/{(KL +–)/(KS +–)} = 1 – 6Re(/).

В эксперименте NA48 был реализован новый подход, основанный на измерении величины R путем подсчета событий в каждой из четырех мод распада независимо.

При этом большинство систематических погрешностей сокращаются при их вкладе в компоненты отношения R. Итоговым результатом эксперимента является значение Re(/) = (14,7 ± 2,2)10–4, которое отличается от нуля на 6,7 стандартных отклоне Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 450 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ Совещание коллаборации NA48 в Дубне (февраль 1997 г.) Схема формирования пучков заряженных каонов в эксперименте NA48/ Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц ний. Тем самым надежно доказано существование в Природе явления прямого СР-нарушения.

Сделанное сотрудничеством NA48 научное открытие вошло в список наиболее ярких событий в истории ЦЕРН. А в 2004 году публикация этого результата в журна ле «Physics Letters» была отмечена как самая читаемая экспериментальная работа за всю историю этого престижного журнала.

В экспериментах NA48 и NA48/1 обнаружены также следующие распады каонов и гиперонов:

K0 +–e+e–, K0 0 e+e–, S S K0 0µ+µ–, K0 0, S S K0 +/–µ–/+, 0 +µ–.

L Выполнена серия работ по точному измерению основных характеристик нейт ральных каонов, -мезона и гиперонов. Значительно улучшена точность измеренных ранее величин – масс и вероятностей распадов каонов. Получен ряд наиболее значи мых ограничений на вероятности редких распадов каонов и гиперонов.

Опубликовано около 30 научных статей, защищены 4 кандидатских диссертации, выполнен ряд дипломных работ.

Проект COMPASS (руководитель И.А.Савин ) С 1998 года физики ЛФЧ участвуют в эксперименте COMPASS (NA58) по изучению инклюзивных и полуинклюзивных процессов в глубоконеупругом рассеянии мюо нов на поляризованной мишени. Они внесли определяющий вклад в часть предложе ния, которая относится к измерениям вклада глюонов в спин нуклона, а также реги страции -гиперонов с целью проверки поляризации странного кваркового моря в нуклоне. Эта проблематика связана с продолжением исследований спиновой струк туры нуклонов, начатых сотрудничеством SMC (NA47) в ЦЕРН. Для спектрометра COMPASS физиками ЛФЧ создан адронный калориметр HCAL1, состоящий из модулей и перекрывающий площадь около 10 квадратных метров. В 1998–1999 годах для того же спектрометра группа сотрудников ЛФЧ разработала методику нового тре кового координатного детектора на основе тонкостенных дрейфовых трубок..

Проект CMS (руководитель И.А.Голутвин) Группа сотрудников научно-методического отделения ЛФЧ ОИЯИ принимает учас тие в проекте CMS с самого начала разработки концепции эксперимента, представ ленной в марте 1992 года. Успешно завершив научно-методические исследования, сотрудничество CMS, объединяющее около 2000 ученых и инженеров из 36 стран и 152 институтов, с 1997 года приступило к созданию многоцелевого детектора – Ком пактного мюонного соленоида. Важной составной частью этого объединения являет ся сотрудничество CMS России и стран-участниц ОИЯИ (RDMS), созданное по ини циативе ОИЯИ в сентябре 1994 года. Сотрудничество RDMS объединяет, организует и координирует деятельность 284 ученых и специалистов из семи стран и 20 россий ских институтов и институтов стран-участниц ОИЯИ. В качестве ассоциированных Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 452 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ Строу-камеры для трекера спектрометра COMPASS в процессе их сборки в ЛФЧ Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц Отправка из ЛФЧ в ЦЕРН двух (из 15-ти) строу-камер трекера спектрометра COMPASS членов участвуют также четыре российские отраслевые организации. В октябре 1995 года в Арзамасе-16 состоялось заседание Комитета по научной политике рос сийской национальной программы по фундаментальной ядерной физике. Комитет определил участие российских лабораторий в проекте LHC как важнейшее направле ние национальной программы по физике частиц. Создание сотрудничества RDMS позволило привлечь физиков, отраслевую науку и промышленность стран-участниц ОИЯИ к реализации грандиозного проекта XXI века и взять полную ответственность за создание ряда систем комплекса.

Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 454 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ Основные направления деятельности ОИЯИ в рамках RDMS сформулированы в проекте (документ CMS №96-85, 1995) «Изучение фундаментальных свойств мате рии в протон-протонных и ядро-ядерных взаимодействиях при сверхвысоких энер гиях на большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. Создание установки CMS». Эта де ятельность вылилась в масштабное участие ОИЯИ по разработке, конструированию и созданию торцевых детекторов. ОИЯИ несет ответственность и координирует эти работы. Специалисты ОИЯИ внесли определяющий вклад в систему торцевых ад ронных калориметров НЕ, переднюю мюонную станцию МЕ1/1, торцевой предлив невый детектор SE.

ОИЯИ совместно с ИФВЭ (Протвино), НЦ ФЧВЭ (Минск), ХФТИ и Институтом монокристаллов (Харьков), НИКИЭТ (Москва) завершает создание торцевых адрон ных калориметров (HE). Работа по созданию торцевых адронных калориметров ве дется с широким привлечением промышленности стран-участниц. Например, разра ботка системы подвески торцевых детекторов потребовала от специалистов всех участвующих организаций глубокой инженерной проработки. Было найдено эле гантное решение компенсации больших магнитных сил. Специальные усилия были предприняты НИКИЭТ по разработке и поставке материалов с улучшенными проч ностными характеристиками. Так, латунь поглотителя выплавлена из артиллерий ских гильз. В результате завод «Красный Выборжец» в Санкт-Петербурге поставлял заготовки пластин поглотителя и элементов крепления из специальной латуни. Изго товление секторов поглотителя, элементов интерфейса и предварительная сборка проведены на Минском заводе им. Октябрьской Революции (МЗОР) в Беларуси. Ор ганизацию поставок, сопровождение изготовления поглотителя и технический кон троль качества на всех этапах обеспечивал НИКИЭТ. Сцинтилляционные тайлы из готовлены в Институте монокристаллов (Харьков) из материалов, поставляемых коллаборацией. Изготовление и сборка оптических элементов (мегатайлов) выпол нена в ИФВЭ. Эта работа высоко оценена сотрудничеством CMS: НИКИЭТ и заво ду МЗОР в 2003 году присуждены «Золотые призы CMS». Успешно завершена сбор ка двух торцевых адронных калориметров НЕ, включая механику и сцинтилляционную оптику, а также начат монтаж электроники считывания и подго товка к запуску калориметров в наземном зале в ЦЕРН.

ОИЯИ и институты Беларуси и Болгарии завершают создание передних мюонных станций (ME1/1) на основе катодно-стриповых газовых камер, предложенных ОИЯИ в 1993 году для торцевой мюонной системы CMS. Камеры для первой торце вой системы поставлены в ЦЕРН. Изготовление камер в Дубне для второй системы завершено в 2003 году.

ОИЯИ и институты Армении и Беларуси участвуют в подпроекте предливневого детектора SE. На основе так называемой кремниевой программы, инициированной ОИЯИ более 10 лет тому назад, в сотрудничестве с Дубной и ЦЕРН в Научно-иссле довательском институте материаловедения (Зеленоград) разработана передовая тех нология изготовления радиационно стойких кремниевых координатных детекторов для предливневого детектора SЕ. Серийное изготовление кремниевых стриповых де текторов успешно ведется в кооперации с ЭЛМА, Зеленоградом и ЦЕРНом.

Физики ОИЯИ участвуют также в разработке долговременной программы науч ных исследований эксперимента CMS после запуска LHC. В 2002 году по инициати Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц Общий вид компактного мюонного соленоида – CMS Общий вес установки – 14 500 т;

внешний диаметр – 14,6 м;

длина – 21,6 м;

магнитное поле соленоида – 4 тесла. В рамке показаны системы, за которые коллаборация CMS России и стран-участниц ОИЯИ несет ответственность ве Дубны было начато систематическое изучение процессов с жесткими мюонами в конечном состоянии (с поперечным импульсом больше 300 ГэВ). Изучение спектра пар мюонов в эксперименте CMS позволит проверить предсказания СМ и структуру электрослабых радиационных поправок при значениях инвариантной массы пары мюонов от 2 до 2,5 ТэВ. Кроме того, моделирование показывает, что установка CMS способна проверить Randall-Sundrum сценарий (RS1) по димюонному каналу на 95%-ном уровне достоверности в течение года работы LHC для диапазона масс гра витона от 2,2 до 5 ТэВ в зависимости от величины константы связи. Представляют также интерес и жесткие мюоны в распадах Z 0 и W (RS2 сценарий или некоммутатив ные дополнительные измерения). Эти исследования отнесены к задачам первого приоритета в физической программе RDMS CMS. Такой же статус присвоен работам дубненской группы по изучению распадов B-мезонов, для чего в ЛФЧ был создан па кет программ для моделирования рождения и распадов B-мезонов. В работы по B-физике вовлечены специалисты из INFN (Флоренция), Цюрихского университета, ИФВЭ (Протвино), а также ИТФ и ИФВЭ КАН (Пекин, Китай). Кроме того, физи ческая программа RDMS включает также изучение процессов прямого рождения и Z с целью калибровки адронного калориметра по каналам «+jet» и «Z+jet», а также моделирование отклика адронного калориметра установки CMS для объединенной системы HE/HF. Дальнейшее развитие получили работы в рамках программы иссле дований с тяжелыми ионами на установке CMS, где дубненские физики внесли оп ределяющий вклад в изучение глобальных характеристик ультрарелятивистских яд ро-ядерных взаимодействий. Была продемонстрирована принципиальная Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 456 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ Поставка в ЦЕРН первых 40 камер для торцевой мюонной системы возможность наблюдения образования кварк-глюонной плазмы для событий централь ных взаимодействий легких ядер и нецентральных взаимодействий тяжелых ионов.

Проект ATLAS (руководитель Н.А.Русакович) Участие ЛФЧ в работах по проекту ATLAS на LHC восходит к 1991 году, когда в со ставе протосотрудничества ASCOT сотрудники лаборатории начали заниматься рас четами загрузок внутреннего трекера и мюонной системы частицами, образовавши мися в протон-протонных взаимодействиях с энергией в системе центра масс 14 ТэВ.

После принятия решений Директоратом ЦЕРН о создании LHC и последовавшего вслед за этим объединения групп ASCOT и EAGLE в сотрудничество ATLAS сотруд никами ЛФЧ (руководитель В.В.Кухтин) были подготовлены предложения по учас тию в создании детектора общего назначения для LHC и определены конкретные обязательства по торцевому жидкоаргоновому адронному калориметру LАr HEC. Пе риод до 2003 года включительно может быть охарактеризован как этап принятия ре шений по идеологии подсистем, конструирования и отработки технологии производ ства серийных элементов детекторов, исследования их на пучках частиц, а также сборки детекторов подсистем. В рамках обязательств ОИЯИ по созданию LАr HEC были собраны 24 модуля калориметра из общего количества 132, разработан и изго товлен в серии элемент электроники считывания информации, проведена калибров ка 700 датчиков для измерения температуры жидкого аргона в криостатах установки ATLAS. На реакторе ИБР-2 ОИЯИ проведены исследования радиационной стойкос ти электроники и материалов, используемых в калориметрах и системах считывания Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц информации, а также на специально созданной уникальной установке изучалось за грязнение жидкого аргона выделениями с поверхности материалов, погруженных в криостат, при облучении образцов интенсивным пучком нейтронов. Кроме того, проводились теоретические расчеты и моделирование процесса одиночного рожде ния t-кварка в реакции слияния глюона и промежуточного бозона, определены кри терии выделения этого процесса из информации, регистрируемой установкой ATLAS. Эти научно-методические работы выполнялись в рамках международной ко операции, в которой заметную роль помимо российских участников играли предста вители Азербайджана, Грузии, Канады, Германии. Результаты были опубликованы в четырех статьях в реферируемых журналах, а также неоднократно докладывались на международных и национальных конференциях и семинарах.

С начала 1990 годов группа сотрудников ЛФЧ (руководитель В.Д.Пешехонов) совместно с МИФИ (руководитель Б.А. Долгошеин) начала разработку детектора пе реходного излучения – трекера, на основе которого в дальнейшем расширенное со трудничество российских институтов приступило к созданию TRT для внутреннего детектора установки ATLAS. В настоящее время в ЛФЧ проводятся работы на послед ней стадии сборки 34 детекторов для TRT ATLAS. По результатам этих работ подго товлены пять публикаций.

Сотрудничество с DESY состоит в участии ОИЯИ в экспериментах HERMES, H и HERA-B.

Первый (из 17-ти) восьмислойный модуль детектора переходного излучения TRT ATLAS тестируется перед отправкой в ЦЕРН Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 458 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ Проект HERMES (руководитель В.Г.Кровохижин) HERMES – один из ведущих экспериментов по изучению спиновой структуры ну клонов. Он выполняется на ускорительном комплексе HERA. В нем участвуют более 200 физиков из 35 институтов, включая ОИЯИ. Главная цель эксперимента – изуче ние внутренней спиновой структуры нуклонов через измерение асимметрий сечений в инклюзивных, полуинклюзивных и эксклюзивных процессах в реакциях ГНР по ляризованных электронов (позитронов) на поляризованных ядерных газовых мише нях (водород, дейтерий и гелий). Первые данные были получены в 1995 году с ис пользованием поляризованной гелий-3 мишени. Получен ряд результатов по спиновой структуре нуклонов, включая измерения азимутальной асимметрии сече ний в реакциях полуинклюзивного рождения пионов и спиновой асимметрии в фо торождении адронных пар с большим поперечным импульсом, позволившей оценить поляризацию глюонов в нуклоне. Измерена азимутальная асимметрия в реакции глу боконеупругого виртуального комптоновского рассеяния.

Дубненской группой был внесен существенный вклад в модернизацию магнитно го спектрометра, а также в анализ данных. Примерно двукратное улучшение разре шения спектрометра было получено после включения в 1997 году системы мини дрейфовых вершинных камер, разработанных в ЛФЧ и произведенных в ОИЯИ.

Одной из основных задач сотрудничества является прецизионное измерение зависи мости от бьеркеновской переменной x структурных функций g1 для протона, дейтро на и нейтрона для уточнения вклада в спин нуклона валентных кварков. В сотрудни честве с коллегами из Минска (Национальный центр физики частиц и высоких энергий при БГУ) и Еревана (ЕрФИ) физиками ЛФЧ был разработан оригинальный метод извлечения спин-зависимых и спин-независимых структурных функций ну клонов. Другим важнейшим результатом сотрудничества, полученным с определяю щим участием физиков ЛФЧ, стало измерение Q 2-зависимости обобщенного интег рала Герасимова–Дрела–Хёрна (ГДХ) для протона и дейтрона. Интеграл ГДХ связывает аномальный вклад в магнитный момент нуклона с интегралом по энергии полных спин-зависимых сечений фотопоглощения. Полученные зависимости не по казали существенного отклонения от 1/Q 2 поведения в измеренном диапазоне по Q и, таким образом, не было обнаружено указания на наличие больших эффектов из-за влияния области нуклонных резонансов или нелидирующих твистов.

Сотрудничество специалистов ЛФЧ с DESY по эксперименту HERMES поддер живалось грантом немецкого министерства BMBF. BMBF выделило грант для разра ботки дрейфовых камер передней части спектрометра. С участием сотрудников ЛФЧ опубликованы 32 статьи.

Проект H1 (руководитель М.Н.Капишин) Эксперимент Н1 успешно осуществляется на электрон-протонном коллайдере HERA начиная с 1992 года. Выполнены прецизионные измерениями структуры про тона в области малых значений переменной Бьеркена х. Исследована структура фо тона в рамках КХД-динамики при больших Q 2. Эксперимент Н1 оптимизирован для исследований в области больших Q 2, где топологию событий легко идентифициро вать и наблюдается низкий уровень фона. Увеличение светимости коллайдера HERA в 2002 году и использование накопленного опыта позволили существенно расширить Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц Виды H1 детектора на ускорителе HERA (DESY, Гамбург) программу физических исследований, связанных с проверкой СМ. Предусмотренная продольная поляризация пучка электронов и позитронов также является важным ин струментом для достижения максимальной чувствительности измерений.

Материальный вклад ОИЯИ в эксперимент включал в себя создание двух станций спектрометра вперед летящих протонов FPS, большой пропорциональной камеры BPC для регистрации рассеянных электронов и позитронов, а также нового PLUG детектора установки. Сотрудники ОИЯИ внесли значительный вклад в физический анализ процессов ГНР и фоторождения на основе новых статистически обеспечен ных экспериментальных данных, полученных после модернизации коллайдера HERA и установки Н1 с использованием FPS, ВРС и PLUG детекторов. В частности, была измерена дифракционная структурная функция F D в области Q 2 1 ГэВ2 для проверки эффектов «насыщения» в переходной области между ГНР (Q 2 0 ГэВ2) и фоторождением (Q 2 ~ 0 ГэВ2), а также в измерении дифракционных инклюзивных се чений процессов фоторождения и фоторождения струй адронов с большим попереч ным импульсом для проверки предсказаний KXД. В эксперименте Н1 измерены ин клюзивные дифференциальные сечения процессов, описываемых нейтральными и заряженными токами, в e–p и e+p-взаимодействиях в кинематической области по квадрату переданного импульса 150 ГэВ2 Q 2 30000 ГэВ2 и 0,0032 x 0,65. С ис пользованием модернизированной экспериментальной установки H1 на модернизи рованном коллайдере HERA планируется получить новые данные по измерению глу боконеупругих процессов в области очень больших Q 2, по исследованию структуры протона и фотона в процессах рождения струй адронов с большими PT, структуры по мерона в дифракционных процессах, по поиску лепто-кварковых состояний вне пре делов СМ.

Участие сотрудников ЛФЧ в коллаборации Н1 на протяжении всех лет поддержи вается грантом немецкого министерства BMBF. Результаты, полученные в экспери менте Н1, доложены учеными из ОИЯИ на четырех международных конференциях Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 460 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ по физике высоких энергий. По результатам выполненных исследований опублико ваны 55 научных работ, защищена кандидатская диссертация.

Проект HERA-B (руководители И.А.Голутвин и Ю.Т.Кирюшин) В 1994 году в DESY начали создавать экспериментальную установку HERA-B для изучения взаимодействия протонов с ядрами проволочной мишени, помещенной в гало протонного пучка ускорительно-накопительного кольца HERA. В создание де тектора, подготовку и проведение эксперимента внесли вклад более 33 организаций из 14 стран, включая ОИЯИ. Сотрудники ЛФЧ ОИЯИ внесли большой вклад в про изводство модулей внешнего трекера детектора HERA-B. С этой целью в Дубне была создана линия массового производства модулей из материалов и комплектующих, поставляемых DESY, Германия. Массовое производство дрейфовых камер велось од новременно в Дубне, Гамбурге, Цойтене и Пекине. Программа массового производ ства полностью выполнена в сентябре 1999 года. В целом произведено и доставлено из Дубны в DESY около 300 модулей. Указанное количество модулей соответствует почти 40000 каналам регистрации, что составляет 30% от полного числа каналов внешнего трекера. Дубненская группа внесла также определяющий вклад в подготов ку и монтаж внешнего трекера, проверку и наладку его суперслоев непосредственно в DESY. Физики ЛФЧ активно участвовали в развитии программного обеспечения и моделировании установки HERA-B. После завершения в конце 1999 года монтажа суперслоев внешнего трекера физики Дубны, занятые в этих работах, сконцентриро вали свои усилия на участии в проведении экспериментов и анализе данных.

Линия массового производства дрейфо вых камер внешнего трекера установки HERA-B Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц Физическая программа эксперимента HERA-B на период набора данных в – 2002–2003 годах была сконцентрирована на измерении сечения bb-рождения в про тон-ядерных взаимодействиях при энергии протонов 920 ГэВ и изучении подавления рождения различных состояний чармония, включая J/, и c. Другими направле ниями исследований являются: А-зависимость рождения открытого очарования, Bs-смешивание, рождение пар Дрела–Яна, рождение жестких фотонов, спектроско пия чармония, асимметрии в рождении прелестных, очарованных и странных частиц.

Анализ данных планируется завершить до конца 2005 года.

На протяжении всех лет сотрудничество специалистов ЛФЧ с DESY поддержива лось грантом немецкого министерства BMBF. В 2000 году BMBF выделило специаль ный грант для приобретения вычислительной техники, которая была интегрирована в компьютерную ферму ЛФЧ–ЛВЭ. По результатам, полученным с участием сотруд ников ЛФЧ, защищены пять дипломных работ и сделаны 18 научных публикаций.

Проект STAR (руководитель Р.Я.Зулькарнеев) Лаборатория физики частиц с 1999 года участвует в работах по созданию электромаг нитного калориметра детектора STAR для экспериментов на ядерных и поляризован ных пучках протонов коллайдера RHIC в BNL (США).

Цель проекта STAR – выполнить детальную и широкую программу исследований свойств ядерной материи, находящейся в экстремально сжатом и нагретом состояни ях, и провести поиск сигналов образования кварк-глюонной плазмы при соударени ях тяжелых ионов. Важной задачей является также осуществление широкой програм мы поляризационных исследований. Осуществление проекта STAR основывается на самых новейших достижениях техники ускорения поляризованных пучков протонов и тяжелых ядер. В реализации проекта участвуют 538 физиков из более чем 50 уни верситетов и 12 стран мира.

Физики ЛФЧ с 1999 года участвуют в создании цилиндрического электромагнит ного калориметра (BEMC), который является важной частью 4-детектора STAR. Ка лориметр играет доминирующую роль при выполнении программы поляризацион ных экспериментов. Он также существенно расширяет возможности детектора при поисках сигналов кварк-глюонной плазмы. Прибор позволяет идентифицировать и измерять энергию электронов и гамма-квантов в области выше 0,5 ГэВ и регистриро вать процессы образования нейтральных частиц (,, J/, W, Z и пр.). Группа ЛФЧ тесно взаимодействует с BNL и тремя другими группами из университетов Детройта, Лос-Анджелеса и Мичигана (США), принимающими участие в создании BEMC.

ЛФЧ выполняла работы на всех этапах создания BEMC, начиная с проектирования отдельных узлов калориметра до участия в изготовлении, наладке и запуске всего комплекса в 2004–2005 годах на пучке RHIC.

Группа ЛФЧ также участвует в создании программного обеспечения и моделиро вании электромагнитного калориметра с целью разработки методики идентифика ции частиц, проведения калибровки и изучения ливневых характеристик детектора.

Физики ЛФЧ совместно с коллегами из BNL и университетов Детройта и Сан-Паулу – (Бразилия) исследуют образование мягких и жестких прямых фотонов, а также с с- и – bb-систем, как потенциальные инструменты для поиска сигналов образования кварк-глюонной плазмы в (Au-Au)-соударениях на RHIC.

Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 462 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ Полным ходом идет сооружение детектора BOREXINO в Национальной лаборатории Италии в Гран-Сассо Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page Лаборатория физики частиц Проект STAR вместе с экспериментами СОМРАSS и HERMES продолжает тради цию ЛФЧ по изучению спиновой структуры нуклона, начатую еще в конце 80-х годов прошлого столетия сотрудничеством SMC в ЦЕРН. Одна из главных целей этого проекта – осуществление широкой программы поляризационных исследований, не обходимых для разрешения проблемы «спинового кризиса», а также изучение воз можного проявления эффектов, выходящих за рамки СМ. Усилия физиков ЛФЧ кон центрируются на задаче измерения спиновой структурной функции глюона в протоне, проблеме определения поляризаций морских и валентных кварков и изуче нии зависимости этой поляризации от аромата конституэнтов в протоне. Для выпол нения указанных задач STAR планирует постановку нового поколения поляризаци онных экспериментов по измерению спиновых асимметрий в процессах рождения векторных бозонов и лептонных пар в соударениях продольно- и поперечно-поляри зованных пучков протонов на RHIC.

Группа сотрудников ЛФЧ являются соавторами около 30 работ, опубликованных в Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. и трудах конференций QM-2000, 2001, 2002, 2003, 2004 и др.

изданиях.

Проект БОРЕКСИНО (руководитель О.А.Займидорога) Проект БОРЕКСИНО посвящен измерению потока солнечных нейтрино и исследо ванию явления осцилляций нейтрино с помощью низкофонового калориметричес кого детектора с жидким сцинтиллятором. Установка создается в Италии в подзем ной Национальной лаборатории Гран-Сассо. Группа ОИЯИ внесла большой вклад в создание прототипа детектора, в анализ данных и получение первых физических ре зультатов. Фоновые измерения привели к ряду интересных результатов. Получено ог раничение на величину магнитного момента солнечных нейтрино, ограничение на время жизни гипотетического тяжелого нейтрино с массой m 2me и каналом рас H пада H L + e+ + e–. Выполнен поиск эффектов нестабильности электрона по ка налу распада электрона в гамма-квант и нейтрино, а также эффектов нестабильнос ти связанных в ядре нуклонов и возможных их распадов в невидимые состояния.

Опубликовано более 30 работ.

Проект НИС (руководители О.А.Строковский и А.Г. Литвиненко) Проект нацелен на поиск проявлений поляризации странных кварков и антикварков в нуклонах. Проект мотивирован неожиданными результатами, касающимися роли – странных кварков в нуклонах. Интуитивно казалось, что ss пары в нуклонах несуще ственны, поскольку они находятся в море нуклона и не влияют на его квантовые чис – ла. Однако экспериментальные результаты по pp аннигиляции в покое, полученные на кольце LEAR, привели к необходимости рассмотреть модель нуклона с волновой – функцией, содержащей отрицательно поляризованные s s пары (модель Эллиса–Карлинера–Харзеева–Сапожникова). Привлекательная особенность моде ли поляризованной скрытой странности нуклонов состоит в том, что она одновре менно дает основу для естественного объяснения «спинового кризиса».

Проект НИС предполагает исследовать рождение - и -мезонов в pp-взаимодей ствиях при энергии пучка, близкой к порогу рождения этих частиц. Превышение над порогом должно составлять 30100 МэВ. Сечение рождения -мезона в pp-взаимо Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page 464 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ Визит в ЛФЧ Генерального директора ЦЕРНа Робера Эмара (16 апреля 2004 г.) действии у порога измерено только в одной точке (эксперимент DISTO на ускорите ле SATURN-II, Франция). После составления проекта НИС в том же году был пред ложен аналогичный опыт для установки ANKE (COSY, Германия). Энергетический интервал измерений по проекту НИС заполняет (с перекрытием) «щель» между пла нируемыми в COSY измерениями и данными DISTO. Такие измерения в настоящее время возможны только на нуклотроне ОИЯИ, который предоставляет широкие воз можности для исследований явлений вблизи порога и ниже его при достаточно боль шом переданном 4-импульсе (порядка 1 ГэВ/с).

В настоящее время создание установки ведется объединенными усилиями ЛФЧ и ЛВЭ с участием физиков ЛИТ, ЛТФ и стран-участниц ОИЯИ: России, Грузии, Арме нии. Эксперимент выполняется на базе установки СФЕРА (ЛВЭ ОИЯИ). Использу ются ее магнит, система сбора данных, логическая электроника, пучковые мониторы.

Пропорциональные камеры размером 2 1 м2 и их электроника доставлены из Про твино после демонтажа установки ЭКСЧАРМ. Ведется наладка камер на стенде, из готавливается система идентификации частиц.

Спектрометр НИС также может быть использован для проведения других экспе риментов, в первую очередь для исследования легких гиперядер и процессов с пере зарядкой легких ядер. Рассматривается возможность исследования рождения вектор ных мезонов,, -протонами и дейтронами в ядерной среде, чтобы получить ответ на давний вопрос о возможности изменения свойств элементарных частиц в ядерной среде. Например, известно, что возбуждение -изобары в ядрах сильно модифициру ется влиянием среды. Изучение этой проблемы для векторных мезонов только начи Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page Лаборатория физики частиц нается. Здесь может оказаться решающим использование пучков релятивистских ядер среднего и большого атомного номера.

Физическая программа эксперимента НИС освещена в четырех докладах на меж дународных и российских конференциях.

3. Методические и прикладные исследования Разработка детекторов на основе дрейфовых трубок В 1998–1999 годы в рамках сотрудничества с ЦЕРН группа сотрудников ЛФЧ под ру ководством В.Д.Пешехонова разработала методику нового трекового координатного детектора на основе тонкостенных дрейфовых трубок и совместно с Мюнхенским техническим университетом, Университетом г. Фрайбурга и Варшавским техничес ким университетом создала полномасштабный прототип straw-камер большого раз мера, испытав его на пучке SPS в ЦЕРНе. В последующие годы в ЛФЧ было создано 15 двухслойных трековых камер с общей чувствительной площадью около 420 м2. На чиная с 2002 года, детекторы работают в составе трековой системы спектрометра СOMPASS. Работа была поддержана грантом немецкого министерства BMBF.

С начала 1990-х годов группа сотрудников ЛФЧ совместно с МИФИ начала раз работку детектора переходного излучения TRT. На этой основе расширенное сотруд ничество российских институтов приступило к созданию TRT для внутреннего де тектора установки ATLAS.

Кремниевые планарные детекторы в России и ОИЯИ В конце 80-х годов по инициативе профессоров И.А.Голутвина и В.А.Свиридова в ОНМУ ОИЯИ было создано новое методическое направление, целью которого были разработка и исследование кремниевых планарных детекторов для широкомасштаб ного применения в экспериментах на создаваемых ускорителях SSC, LHC и др. Это направление получило название «Дубненская силиконовая программа». Кроме ОИЯИ в ней приняли участие эксперты из разных научных центров СССР: ГИРЕД МЕТ (Москва), ФТИ им. А.Ф.Иоффе (Ленинград), НИИПФП им. А.Н.Сенченко (Минск), НПО «Элма» и НИИМВ им. А.Ю.Малинина (г. Зеленоград).

В 80-е годы были созданы экспериментальные установки, использовавшие пер вые координатные планарные кремниевые детекторы, и получен положительный опыт применения таких детекторов в пучках заряженных частиц. Планировавшиеся новые эксперименты на строящихся ускорителях SSC и LHC ориентировались на массовое применение кремниевых детекторов. Основными проблемами для широко го применения таких детекторов в те годы были высокая стоимость детекторного кремния, выращиваемого методом бестигельной зонной плавки (БЗП), и высокая цена изготовления детекторов, а также радиационная стойкость детекторов.

Для начала работ по созданию планарных кремниевых детекторов в СССР необ ходимо было изучить ситуацию с отечественным БЗП-кремнием в свете долгосроч ной перспективы его изготовления. Также было важно создать технологию изготов ления пластин для детекторов. Конечно, все предпосылки к этому были – в СССР в те годы был достаточно высокий уровень технологии интегральных схем на многих Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page 466 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ предприятиях. Но большое отличие параметров детекторного кремния от кремния, применяемого для микроэлектронных изделий, потребовало тщательного изучения отечественного материала и сравнения с материалом иностранных фирм. В те годы еще существовал запрет на ввоз в СССР БЗП-кремния производства западных фирм и надо было ориентироваться на доступный материал. Особенностью изготовления координатных (полосковых или стриповых) кремниевых детекторов является то, что обычно на пластине диаметром 76 или 100 мм размещен один детектор площадью (30–40) см2 и всего лишь один дефект на пластине приводит к браку всего детектора.

После поездки осенью 1991 года на ЗТМК (Запорожье), где выращивались крис таллы БЗП-кремния, и обсуждения с экспертами предприятия стало ясно, что в сло жившихся к тому времени политических и экономических условиях в стране невоз можно было рассчитывать на отечественный материал. По инициативе И.А.Голутвина и при поддержке ЦЕРН, INFN (Флоренция), INFN (Милан) в 1992 году было образовано сотрудничество RD-35/ЦЕРН, в рамках которого был по лучен в слитках БЗП-кремний. Изготовление детекторов проводилось на отечествен ном и зарубежном материалах. Это давало возможность сравнивать радиационную стойкость детекторов, изготовленных на кремнии от разных производителей. Мате риал ЗТМК был вполне пригоден для детекторов, немного уступал по однородности и времени жизни и, если бы не развал страны, этот высокотехнологичный материал достойно бы конкурировал на международном рынке.

Поиск предприятия электронной промышленности, которое смогло бы создать технологию планарных детекторов и затем производить серийные детекторы, шел в течение нескольких лет. Первые исследовательские работы были проведены в 1987–1990 годы в НИИВТ им. С.А.Векшинского (Москва) и на Заводе им. 50-летия Октября (Фрязино). В результате этих работ были изготовлены планарные детекто ры, которые использовались для радиационных исследований. На создаваемом уско рителе SSC для адронного калориметра планировалось применение кремниевых де текторов. Для этого потребовалось бы 300 м2 активной площади детекторов. Было ясно, что изготовление такого количества кремниевых детекторов потребует промы шленного производства пластин и детекторов при относительно небольшой цене.

Лучше всех справиться c этой задачей могло Научно-производственное объединение «Элма» (Зеленоград), которое было основным производителем кремниевых пластин для электронной промышленности СССР. Первые переговоры с дирекцией НПО «Элма» состоялись весной 1990 года, когда в ходе встречи И.А.Голутвина с генераль ным директором НПО «Элма» Л.А.Иванютиным и профессором М.Г.Мильвидским (ГИРЕДМЕТ) была обсуждена программа по созданию детекторной технологии.

Однако в то время поставленные задачи казались невыполнимыми из-за жестких требований на параметры детекторов: большая площадь прибора;

низкие обратные токи;

сохранение работоспособности детектора после инверсии типа проводимости при воздействии радиации;

высокое напряжение пробоя. Заниматься проблемой со здания детекторной технологии было поручено начальнику физико-технологической лаборатории НИИМВ, входившей в НПО «Элма», Ю.Ф.Козлову. Результатом со трудничества ОИЯИ с НИИМВ на протяжении 15 лет является создание в России технологии планарных кремниевых детекторов, которые известны во многих науч ных центрах мира и соответствуют по своим параметрам мировым стандартам. Суще Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page Лаборатория физики частиц Дубненский региональный центр по созданию и исследованию модулей кремниевых детекторов ствующая высокотехнологическая линия производства в НИИМВ позволяет произ водить до 2 м2 кремниевых детекторов в год.

В ЛФЧ ОИЯИ при сотрудничестве с Зеленоградом и НЦФЧВЭ (Минск) была со здана технологическая инфраструктура, позволяющая применять кремниевые пла нарные детекторы в будущих физических экспериментах. Разработана технология облучения детекторов, измерения параметров облученных детекторов и их хранения.

Разработан и создан технологический комплекс для сборки детекторов в микромо дуль, который размещен в чистой зоне ЛФЧ в помещениях с классом чистоты 100.

Работы специалистов ОИЯИ по технологии детекторов в условиях небольшой иссле довательской лаборатории позволили понять в деталях технологические процессы и сложности планарной технологии, что всегда позволяло лучше решать обсуждаемые проблемы с экспертами из НИИМВ.

Первые планарные детекторы были изготовлены в НИИМВ летом 1991 года. С 1992 года все основные разработки детекторов проводились с учетом спецификации эксперимента CMS. Создаваемые экспериментальные установки на ускорителе LHC базируются на широкомасштабном применении планарных кремниевых детекторов.

Наибольшего масштаба оно достигло в эксперименте CMS – более 200 м2 чувстви тельной площади кремниевых детекторов только в центральной трековой системе.

Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page 468 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ Кроме того, в данном эксперименте потребуется более 18 м2 полосковых детекторов для плоскостей электромагнитного калориметра на основе кристаллов PbWO4. Для такого огромного количества кремниевых детекторов потребуется вырастить крис таллы высокоомного кремния в объеме большем, чем за все предыдущие годы. Ос новными особенностями применения детекторов в эксперименте CMS являются: ра бота в сильном магнитном поле, высокое быстродействие при частоте столкновений пучков 40 МГц, большой радиационный фон (до 2 1014 нейтрон/см2/10 лет). Первые два требования, естественно, реализуются с помощью кремниевых детекторов. Про блема радиационной стойкости оказалась очень серьезной и потребовала длительных исследований многими научными коллективами разных стран.

Для международного эксперимента CMS должно быть изготовлено более 8 м кремниевых детекторов – это самый большой заказ такого типа приборов для промы шленности России. Вкладом России и ОИЯИ по созданию предливневой части эле ктромагнитного калориметра CMS является изготовление 1900 полосковых детекто ров размера (63 63 0,3) мм3. Все детекторы тестируются в ОИЯИ и собираются в микромодули. После этого они будут смонтированы в составе установки CMS. Со зданная в ОИЯИ научно-методическая база позволяет доводить (тестирование, сбор ка в корпус, сварка контактов, электроника, радиационные тесты) изготовленный в Зеленограде детектор (собственно кристалл) до готового к применению прибора для физических экспериментов. Технология позволяет выпускать планарные кремние вые детекторы для других научных и прикладных применений (рентгеновская спект рометрия, альфа-спектрометрия, фотоприемники и др.).

Применение ядерно-физических методов для идентификации сложных химических веществ Цель данного проекта – создание прибора, проводящего анализ состава сложного хи мического вещества в реальном времени как в различных технологических процессах (определение качества угля, цемента и др.), так и в практике таможенного досмотра багажа и грузов с целью обнаружения нелегально транспортируемых веществ типа взрывчатки, ядерного топлива или наркотиков, для поиска мин в грунте. Примене ние ядерно-физической технологии для решения этих задач обеспечивает большую глубину зондирования, химическую чувствительность и высокую скорость неразру шающего анализа. Получаемые данные пригодны для быстрой обработки с помощью методов, широко применяемых в практике физического эксперимента, что позволя ет создать эффективную систему автоматического принятия решения.

Работа установки основана на использовании метода меченых нейтронов (МН), позволяющего получить трехмерное изображение объекта и определить его элемент ный состав. Для этого используются быстрые монохроматические нейтроны с энер гией 14,1 МэВ из реакции d + t 4He + n при облучении мишени, содержащей три тий (обычно TiT2), пучком дейтронов с энергией ~100 кэВ. В бинарной реакции -частицы с энергией 3,5 МэВ и нейтроны вылетают в противоположных направле ниях. Локализация траектории -частицы двухкоординатным -спектрометром оп ределяет направление вылета «меченого» нейтрона. Меченый нейтрон взаимодейст вует с веществом изучаемого объекта, в результате чего образуется характеристическое гамма-излучение, несущее информацию об атомарном составе Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page Лаборатория физики частиц Экспериментальная установка проекта ДВИН на ускорителе Ван-де-Граафа (электростатический генератор ЛНФ) объекта. Монохроматические нейтроны имеют скорость 5 см/нс, поэтому, измеряя время между моментами попадания -частицы и -кванта в соответствующие детек торы, можно определить положение излучателя и восстановить трехмерную картину распределения вещества в объекте и его химический состав. Отбор событий по кри терию -совпадений позволяет также значительно подавить фон от ускорителя и рассеянных частиц. Метод МН, в основном, основывается на идентификации эле ментов C, N и O и получении атомарного состава в каждой выделенной области объ екта. В -спектрах этих элементов имеется несколько интенсивных линий в интерва ле энергии 28 МэВ. Другие элементы тоже могут быть идентифицированы, если -детекторы имеют достаточно высокое энергетическое разрешение. Идентификация делящегося материала (U-235, U-238) также возможна по превышению выхода ней тронов над уровнем фона, который наблюдается при отсутствии в объекте делящих ся веществ.

По инициативе ЛФЧ в ЛНФ ОИЯИ создана экспериментальная установка и ве дутся работы по идентификации веществ, скрытых в различных контейнерах. Часть исследований в рамках данного проекта выполнена на ускорителе Ван-де-Граафа, где получается пучок дейтронов с энергией 400 кэВ. В настоящее время в установке ис пользуется разработанный совместно с НИИ Автоматики (Москва) компактный пе Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page 470 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ реносной генератор нейтронов, также действующий на описанном выше принципе.

Генератор содержит внутренний многоканальный регистратор -частиц. Испытаны два варианта -регистратора – на базе неорганических сцинтилляторов YAP(Ce) и кремниевых полупроводниковых детекторов. Для быстрой автоматической селекции -спектров по их сходству с эталонными спектрами разработано программное обес печение, основанное на применении метода нейронных сетей.

Измерения показали, что сложные различные вещества порождают качественно различающие -спектры, что позволяет эффективно идентифицировать простые и не которые сложные вещества, упакованные в контейнеры или находящиеся под землей.

Так, образец тринитротолуола массой 1500 г, помещенный на глубине 18 см под зем лей, дал -спектр с четкими линиями С и О. По согласованной с представителями та можни программе были проделаны 22 испытания прибора, из которых в 21 случае бы ла получена правильная идентификация заданных образцов. Созданная система не имеет аналогов в России. Конечная цель проекта – получить экспериментальное до казательство применимости описанной методики в практике разминирования и тамо женного контроля. Предполагается, что полученный при выполнении проекта опыт и технологические разработки приведут к созданию коммерчески значимого продукта.



Pages:   || 2 |
 














 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.