Der russische NICA Collider wird 2019 auf den Markt gebracht
Willkommen auf den iCover- Blog- Seiten ! Heute, am 25. März, wird eine Zeremonie abgehalten, um den Grundstein für einen vielversprechenden Beschleunigerkomplex zu legen, der dem Beginn der Bauarbeiten für den russischen NICA-Collider in Dubna bei Moskau gewidmet ist. Der erste Start des Colliders ist planmäßig für Anfang 2019 geplant. Wir werden in unserer heutigen Veröffentlichung über das Projekt der russischen Physiker, seine Hauptaufgaben, Forschungsbereiche und den aktuellen Stand der Dinge in der Einrichtung sprechen.
Die Arbeiten zur Schaffung des jüngeren LHC-Bruders des ersten russischen NICA-Kolliders (Nuklotron-basierte Ionenkollider-Anlage) am Institut für Kernforschung (Dubna) wurden 2013 begonnen. Das globale Ziel des Projekts ist es, den Moment der Entstehung des Universums zu simulieren und die Eigenschaften dichter baryonischer Materie zu untersuchen. Laut dem Direktor des Hochenergielabors des Gemeinsamen Instituts für Kernforschung (JINR) Vladimir Kekelidze ist das Projekt in mehrere Phasen unterteilt. Gemäß den Plänen wird der Collider 2019 auf den Markt gebracht und nach 3 Jahren seine volle Kapazität entfalten. Danach kehrt er in den normalen Betriebsmodus zurück und ist für den geplanten Einsatz bereit. Die erste Phase der Projektdurchführung - der Bau des BM @ N-Detektors - wird 2017 abgeschlossen sein. Abschluss der letzten, dritten Stufe - der Bau des SPD-Detektors,In Übereinstimmung mit den aktuellen Plänen und Fähigkeiten von JINR ist für 2023 geplant.Trotz der erheblichen Unterschiede in Größe und Budget (in der Anfangsphase wurde die Finanzierung von JINR durchgeführt) steht NIKA, das ebenfalls in internationaler Zusammenarbeit umgesetzt wird, vor nicht weniger ehrgeizigen Aufgaben als die Zern-Installation. Der Hauptunterschied zwischen dem russischen NICA-Komplex und dem schweizerischen für die ersten Zwecke der Experimente. Wenn CERN hauptsächlich für die Suche nach dem schwer fassbaren Higgs-Boson geschaffen wurde - einem Teilchen, das Masse mit allen anderen Teilchen kommuniziert, dann wird NIKA es uns ermöglichen, Aspekte der Entstehung des Universums vor mehreren Milliarden Jahren und vor allem den Prozess der Bildung von Teilchen baryonischer Materie aus Gluonen und Quarks zu untersuchen, die nur auf existierten frühe Stadien der Evolution des Universums und im Darm von Neutronensternen.Mit NICA können Sie die Wechselwirkungen von Strahlen einer Vielzahl von Partikeln untersuchen: von Protonen und polarisierten Deuteronen bis hin zu massiven Goldionen. Es ist geplant, schwere Ionen auf Energien von 4,5 GeV, Protonen auf 12,6 GeV zu beschleunigen. Ein Collider wird auf Basis des modernisierten Nuclotron-Beschleunigers erstellt, der seit 1993 bei JINR tätig ist. Die Registrierung der Parameter für Kollisionen von Partikelströmen erfolgt an zwei Punkten.Pläne und Perspektiven
Das NIKA-Projekt umfasst nicht das Graben von Tunneln und Minen, da die Installation, bei der es sich um eine Kaskade von drei Beschleunigern handelt, unter Berücksichtigung der Kapazitäten des bereits vorhandenen supraleitenden Ionensynchrotron-Nuklotrons entwickelt wurde. Die für die Experimente erforderliche Partikelintensität wird durch einen „Booster“ unter Verwendung vorhandener Synchrophasotron-Magnete bereitgestellt. Und um Protonen auf die erforderlichen Energien zu dispergieren, können zwei Kolliderringe mit einem Durchmesser von 500 m verwendet werden.
NICA-Komplex für supraleitende Beschleuniger„Es gibt immer noch ein Gebiet der Hochenergiephysik, das heute nicht weniger interessant und sehr beliebt ist. Und in diesem Bereich erwarten wir sehr helle interessante Entdeckungen. Einer davon ist der Phasenübergang von Kernmaterie. Um Phänomene dieser Ordnung zu untersuchen, ist es notwendig, die maximale Dichte der baryonischen Materie zu erzeugen, die in Neutronensternen existiert. Um diese Prozesse zu untersuchen, sind Energien mit solchen Maßstäben, wie sie auf dem LHC oder der Brookhaven-Maschine verwendet werden, nicht erforderlich. Theoretisch liegt der Energiebedarf für unsere Experimente sehr nahe an dem, der bereits heute bei unserem Nuclotron erreichbar ist “, erklärte Vladimir Kekelidze, Direktor des JINR High Energy Laboratory.Wissenschaftler erwarten, dass die NICA bessere Bedingungen für Experimente mit Schwerionen schaffen kann, die es ermöglichen, das weltweite Forschungszentrum in diesem Segment der Physik in die Region Moskau zu verlegen.
Nuklotron (das erste supraleitende Synchrotron schwerer Ionen)„Theoretiker haben die Bedingungen formuliert, unter denen es möglich wurde, das Universum auf dem Weg zu entwickeln, auf dem es ging. Und die Bedingungen sind sehr einfach - eine bestimmte Temperatur (oder Energie) der Partikel und die Dichte der Kernmaterie. Als die Kriterien und Grenzparameter identifiziert wurden, wurde klar, welches Experiment unter den Laborbedingungen auf unserer Erde durchgeführt werden sollte, um die Bedingungen zu simulieren, die sich in den frühen Stadien der Entstehung des Universums befanden “, erklärt Grigory Trubnikov, stellvertretender Chefingenieur von JINR, korrespondierendes Mitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften.In Übereinstimmung mit den Hypothesen von Wissenschaftlern wird NIKA die Simulation von Bedingungen ermöglichen, die denen des Urknalls nahe kommen, der nach einer der betrachteten Versionen zur Ursache unseres Universums wurde. „Um die Probleme zu lösen, benötigen wir eine klar definierte Energie, in die wir schwere Kerne zerstreuen müssen. Zu diesem Zweck haben wir „Gold auf Gold“ gewählt, was technologisch einfacher ist. Beschleunigt und vereinfacht den Prozess der Projektimplementierung erheblich, da der Collider auf der Basis des vorhandenen und funktionierenden Nuclotron erstellt wird. Die Fähigkeiten von NICA werden es uns ermöglichen, in zwei Richtungen zu forschen: Um das Schwerionenprogramm zu untersuchen, versuchen Sie, diese maximale Dichte an baryonischer Materie zu erreichen und zu sehen, was daraus entsteht, und studieren Sie gleichzeitig eine ebenso interessante Richtung - die Spinphysik ", erklärte Kekelidze.BM @ N-Experiment zur Untersuchung der baryonischen Materie am Nuklotron
Kollisionen schwerer energiereicher Ionen bieten einzigartige Möglichkeiten zur Untersuchung der Eigenschaften von Kernmaterie unter extremen Bedingungen. Eines der Hauptprobleme in der modernen Astrophysik ist die Beschreibung der Mechanismen der Bildung und Stabilität von Neutronensternen sowie der Prozesse, die bei Supernova-Explosionen auftreten. Darüber hinaus kann die Zustandsgleichung der superdichten Kernmaterie nur auf der Grundlage experimenteller Daten zu Kern-Kern-Kollisionen erhalten werden.Eine der faszinierendsten ist die Vorhersage einer teilweisen Wiederherstellung der chiralen Symmetrie in dichter Kernmaterie, die durch signifikante Änderungen der Eigenschaften von Hadronen (Massen und Lebensdauern) unter dem Einfluss der Kerndichte beobachtet wird. Das Fehlen genauer experimenteller Daten für Kollisionsenergien in der Größenordnung von mehreren GeV pro Nukleon macht es derzeit jedoch schwierig, eines der vorgeschlagenen Modifikationsszenarien auszuwählen. Bei der Kollision relativistischer Kerne entsteht eine große Anzahl von Teilchen mit Fremdheit (K-Mesonen und Λ-Hyperonen). Bei der sekundären Wechselwirkung dieser Partikel mit Nukleonen des Mediums ist die Mehrfachbildung von Kaskadenhyperonen und Hypernuklei möglich. Eine Untersuchung der Geburt von Hypernuklei wird die wichtigen Eigenschaften des Interaktionspotentials von Hyperonukleon und Hyperonhyperon im Medium klären. Außerdem,Die geplanten Studien haben ein erhebliches Entdeckungspotential, da Daten zu dualen Hypernuklei heute äußerst spärlich sind.Das Programm für Schwerionenphysik am Nuklotron umfasst die Entwicklung folgender Forschungsbereiche: Untersuchung der Zustandsgleichung von Kernmaterie und der Dynamik von Kernkollisionen, Untersuchung der Eigenschaften von Hadronen in einem dichten Medium, Untersuchung der Geburt von Kaskadenhyperonen nahe der Schwelle und der Geburt von Hypernuklei.Ein wesentlicher Anteil an den gesammelten Statistiken werden die Reaktionen p + p, p + n (d) sein, die erforderlich sind, um die Daten zu A + A-Kollisionen zu normalisieren.
Abb. 1. Das Schema des Experiments BM @ N.Die Experimente werden es Wissenschaftlern ermöglichen, die Verteilung von Hadronen in Geschwindigkeit, Azimutwinkel und Transversalimpuls zu untersuchen, um Schwankungen und Korrelationen von Hadronen in diesem Fall zu untersuchen. In Abb. 2 (siehe unten) zeigt den Versuchsaufbau. Der BM @ N-Detektor wird durch ein Schienensystem, ein Flugzeitsystem zur Identifizierung geladener Teilchen und Detektoren zur Bestimmung von Kollisionsparametern dargestellt. Das Schienensystem besteht aus einem Satz von GEM-Detektoren (Gaseous Electron Multipliers), die sich im Inneren des Analysemagneten befinden (maximales Feld 0,8 T), sowie einer Kathodenkissen- (CPC) und einer Driftkamera (DCH) hinter dem Magneten. Für eine effiziente Partikeltrennung wurden Flugzeitdetektoren (TOF1,2) entwickelt, die auf der mRPC-Technologie (Multigap Resistive Plate Chambers) mit Streifenablesung basieren.Die Parameter solcher Detektoren ermöglichen es, Partikel bis zu Impulsen in der Größenordnung von mehreren GeV / c zu identifizieren. Das Nullwinkelkalorimeter (ZDC) dient zur Bestimmung des Aufprallparameters der Kollision (Zentralität) durch Messung der Energie von Partikelfragmenten des Strahls. Es ist auch geplant, die Zentralität der Wechselwirkung unabhängig von Messungen der Energie der Zielfragmentpartikel im Rückstoßdetektor (Recoil) wiederherzustellen, wobei die hintere Hemisphäre teilweise überlappt wird (-1 <η <1,2).teilweise überlappende hintere Hemisphäre (-1 <η <1,2).teilweise überlappende hintere Hemisphäre (-1 <η <1,2).
Abb. 2. Das GEM-Detektormodul auf dem Nuclotron-Teststrahl.Es ist zu beachten, dass die GEM-Detektoren für das BM @ N-Experiment vom JINR-Team unter Verwendung von CERN-Entwicklungen erstellt werden. Die experimentelle Probe des GEM-Detektors hat die Testkontrolle bereits während der Sitzung auf dem Nuclotron-Protonenstrahl im Februar 2014 bestanden. (Abb. 2) und in allen Tests bestätigte Betriebsstabilität und Registrierungseffizienz.Die BM @ N-Eigenschaften der Hyperonrekonstruktion unter Verwendung von Spurinformationen von einem GEM-Detektor sind in Fig. 4 gezeigt. 3. Die Qualität der Identifizierung von Λ-Hyperonen durch invariante Masse bleibt auch bei Ereignissen mit einer hohen Partikelmultiplizität (bei den sogenannten zentralen Au + Au-Wechselwirkungen) hoch.
Abb. 3. Invariante Massenverteilung für Protonen- und π-Mesonenpaare, die in zentralen Au + Au-Kollisionen bei 4,5 GeV / Nukleon rekonstruiert wurden.
Hilac.Laut Wissenschaftlern wird der NIKA- Linearbeschleuniger von Schwerionen dazu beitragen, die Struktur des Universums und die Prinzipien aufzudecken, die seinen fundamentalen Kräften und Phänomenen zugrunde liegen: Schwarze Löcher, Dunkle Materie, Dunkle Energie, „Wurmlöcher“, zusätzliche Dimensionen.„Wenn Sie wissen, wie Materie gebildet wurde, wie Materie gebildet wurde, wie sie gebildet wurde, können Sie vorhersagen, was mit dieser Materie geschehen wird, wie sie sich weiterentwickeln wird, wie sie zerfallen wird und schließlich wie man stirbt. Im Allgemeinen sind dies die grundlegenden Fragen, die einen Schlüssel zum Verständnis der Entwicklung unseres Universums liefern “, teilt Grigory Trubnikov seine Meinung.Die Parameter des erstellten Aufbaus ermöglichen es uns, eine ultrahohe Materiedichte und eine hohe Energie zu erreichen, um das Verhalten vieler verschiedener Teilchen zu untersuchen, was beispiellose Möglichkeiten zur Lösung einer Reihe von angewandten Problemen eröffnet. Die Kohlenstofftherapie wird mit neuen Erkenntnissen ergänzt, es wird möglich sein, die Transmutationsprozesse radioaktiver Abfälle und neue Ansätze zur Energieerzeugung zu untersuchen.Laut Kekelidze wird das NICA-Projekt unter Verwendung der fortschrittlichsten Technologien und Materialien durchgeführt, wodurch der russische Beschleuniger im Vergleich zu seinem Vorgänger und Hauptkonkurrenten - dem RHIC- Beschleuniger in Brookhaven, USA - einen Vorteil bei der Geschwindigkeit des 100-1000-fachen Empfangs von Informationen über Partikelkollisionen erhält .„Zunächst planen Wissenschaftler, nicht nur Ionen, sondern auch Ionen und Protonen, andere Elementarteilchen und Lichtkerne zusammenzuschieben. Auf diese Weise können Sie Primärdaten sammeln, die Startpunkte festlegen und verstehen, wo und wie Sie fortfahren müssen. Solche Studien ziehen nicht nur die Aufmerksamkeit von Kernphysikern auf sich, sondern auch von Theoretikern, die untersuchen, wie das Universum geboren wurde und welche Prozesse im Darm von überdichten Materieklumpen - Neutronensternen und anderen entarteten Objekten des Weltraums - ablaufen “, ist der Physiker überzeugt.Aktuelle Situation
Führende internationale Experten nehmen am NICA-Projekt teil, das auf Basis von JINR umgesetzt wird. Und es ist sehr wichtig, dass das Projekt in Russland und nicht im Ausland stattfindet und einzigartige Möglichkeiten für die Entwicklung des inländischen wissenschaftlichen Potenzials schafft, Arbeitsplätze mit hervorragenden Aussichten für die Entwicklung von Generationen russischer Physiker.Kevelidze stellte fest, dass die Umsetzung des NIKA-Projekts vollständig dem Zeitplan entspricht. Die Ereignisse der letzten drei Jahre im Zusammenhang mit der politischen Situation hatten praktisch keine Auswirkungen auf das Projekt, das zunächst neben russischen Wissenschaftlern von Spezialisten aus Weißrussland, der Ukraine, Kasachstan, Bulgarien und Deutschland durchgeführt wurde. Insgesamt umfasst die Liste der teilnehmenden Länder heute 24 Länder. Die aktuellen Kosten des Projekts werden laut Kekelidze auf 545 Millionen US-Dollar geschätzt.Bis zu einem gewissen Grad waren die Möglichkeiten zur Überwindung der mit den Ereignissen in der Ukraine verbundenen Probleme kompliziert, und vor allem wurden die Logistiksysteme komplizierter. Gleichzeitig bleibt die Ukraine ein aktiver Teilnehmer am Projekt, obwohl laut Kevelidze gewisse Probleme mit Beiträgen zu erwarten sind. So habe das Werk in Kramatorsk kürzlich einen Teil der notwendigen Ausrüstung geliefert. 85-90% der wissenschaftlichen Gemeinschaft der Ukraine distanzierten sich von aktuellen Ereignissen und pflegen weiterhin Kontakte zu russischen Kollegen. Sie fühlten praktisch keine westlichen Sanktionen bei JINR, sie sind viel stärker unter Druck gesetzt durch die Embargos, die in den 1950er Jahren während des Kalten Krieges verabschiedet wurden. Gleichzeitig gibt es Mittel und Wege, um sie zu umgehen - fertige Produkte zu „mieten“, anstatt Rohstoffe usw. zu kaufen. Und europäische Kollegen, so Kekelidze,ein aktives Interesse daran haben, solche Wege zu finden.2016 ist der Start einer Reihe physikalischer Daten im BM @ N-Experiment geplant. Die aktive Arbeit an der Erstellung von Detektorelementen, der Aufrüstung des Strahlkanals und der Optimierung der Installationsparameter mithilfe von Monte-Carlo-Simulationsmethoden wird fortgesetzt.Zusammenfassung: DasGemeinsame Institut für Kernforschung (Dubna, Russland) wurde 1956 auf der Grundlage des Instituts für Kernprobleme der Akademie der Wissenschaften der UdSSR gegründet. In Dubna wurde der weltweit erste Protonenbeschleuniger, das Synchrophasotron, hergestellt. Das Institut verfügt über 7 Labors. Die Forschungsschwerpunkte sind Elementarteilchenphysik, Kernphysik und der kondensierte Zustand der Materie.ProjektstandortReferenzen:1. I. Sagert et al., Phys. Rev. C 86,045802 (2012).2. R. Rapp, J. Wambach, Eur. Phys. J. A 6 (1999) 415;R. Shyam und U. Mosel, Phys. Rev. C 67, 065202 (2003);R. Rapp, J. Wambach und H. van Hees, arXiv: 0901.3289.3.J. Steinheimer, K. Gudima, A. Botvina, I. Mischustin, M. Bleicher, H. Stocker,Phys. Lett. B 714 (2012), pp. 854. Suche nach einer QCD-Mischphase in der auf Nuclotron basierenden Ion Collider-Anlage (NICA White Paper). nica.jinr.ru5. BM @ N Konzeptentwurfsbericht.
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