El colisionador ruso NICA se lanzará en 2019
¡Bienvenido a las páginas del blog de iCover ! Hoy, 25 de marzo, se llevará a cabo una solemne ceremonia de colocación de la primera piedra en los cimientos de un prometedor complejo acelerador, dedicada al inicio de los trabajos de construcción del colisionador ruso NICA en Dubna, cerca de Moscú. Según los planes, el primer lanzamiento del colisionador está previsto para principios de 2019. Hablaremos sobre el proyecto de los físicos rusos, sus principales tareas, áreas de investigación y el estado actual de las cosas en las instalaciones en nuestra publicación de hoy.
El trabajo en la creación del hermano menor del LHC del primer colisionador ruso NICA (instalación de colisionadores de iones basado en Nuclotron) en el Instituto de Investigación Nuclear (Dubna) se inició en 2013. El objetivo global del proyecto es simular el momento del surgimiento del Universo y estudiar las propiedades de la materia bariónica densa. Según el director del laboratorio de alta energía del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) Vladimir Kekelidze, el proyecto se divide en varias etapas. Según los planes, el colisionador se lanzará en 2019 y desarrollará su capacidad total después de 3 años, después de lo cual volverá al modo de operación normal y estará listo para el uso planificado. La primera etapa en la implementación del proyecto: la construcción del detector BM @ N se completará en 2017. Finalización de la tercera etapa final: la construcción del detector SPD,de acuerdo con los planes y capacidades actuales de JINR está programado para 2023.A pesar de la diferencia significativa en tamaño y presupuestos (en las etapas iniciales, JINR llevó a cabo el financiamiento), NIKA, también implementado en cooperación internacional, enfrenta tareas no menos ambiciosas que la instalación de Zern. La principal diferencia entre el complejo ruso NICA y el complejo suizo para los propósitos iniciales de los experimentos. Si el CERN se creó principalmente para buscar el escurridizo bosón de Higgs, una partícula que comunica masa a todas las demás partículas, entonces NIKA nos permitirá estudiar aspectos de la aparición del Universo hace varios miles de millones de años y, en primer lugar, el proceso de formación de partículas de materia bariónica a partir de gluones y quarks, que existían solo en primeras etapas de la evolución del universo y en las entrañas de las estrellas de neutrones.NICA le permitirá estudiar las interacciones de los haces de una amplia variedad de partículas: desde protones y deuterones polarizados hasta iones de oro masivos. Se planea acelerar los iones pesados a energías de 4.5 GeV, protones - a 12.6 GeV. Se está creando un colisionador sobre la base del acelerador Nuclotron modernizado, que ha estado operando en JINR desde 1993. El registro de los parámetros de colisiones de flujos de partículas se realizará en dos puntos.Planes y perspectivas
El proyecto NIKA no involucra la excavación de túneles y minas, ya que la instalación, que es una cascada de tres aceleradores, se desarrolló teniendo en cuenta las capacidades del sincrotrón iónico superconductor ya existente. La intensidad de partículas necesaria para los experimentos será proporcionada por un "refuerzo" utilizando imanes de sincrofasotrón existentes. Y para dispersar los protones a las energías requeridas se permitirán dos anillos colisionadores, de 500 m de diámetro.
Complejo acelerador superconductor NICA“Todavía hay un campo de física de alta energía, no menos interesante y muy popular hoy en día. Y en esta área esperamos descubrimientos interesantes muy brillantes. Una de ellas es la transición de fase de la materia nuclear. Para estudiar fenómenos de este orden, es necesario crear la densidad máxima de materia bariónica, la que existe en las estrellas de neutrones. Para estudiar estos procesos, no se requieren energías de escalas tales como las utilizadas en el LHC o la máquina Brookhaven. En teoría, la energía requerida para nuestros experimentos es muy cercana a la que ya se puede lograr hoy en nuestro Nuclotron ", explicó Vladimir Kekelidze, Director del Laboratorio de Alta Energía de JINR.Los científicos esperan que NICA pueda crear mejores condiciones para los experimentos con iones pesados, lo que permitirá trasladar el centro mundial de investigación en este segmento de la física a la región de Moscú.
Nuclotron (el primer sincrotrón superconductor de iones pesados)“Los teóricos han formulado las condiciones bajo las cuales fue posible desarrollar el Universo a lo largo del camino por el que se fue. Y las condiciones son muy simples: una cierta temperatura (o energía) de las partículas y la densidad de la materia nuclear. Cuando se identificaron los criterios y los parámetros de límites, quedó claro qué experimento se debería realizar en las condiciones de laboratorio en nuestra Tierra para simular las condiciones que se encontraban en las primeras etapas de la formación del Universo ", explica Grigory Trubnikov, ingeniero jefe adjunto de JINR, miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia.De acuerdo con las hipótesis de los científicos, NIKA permitirá simular condiciones cercanas a las que acompañaron el Big Bang, que, según una de las versiones consideradas, se convirtió en la causa de nuestro Universo. “Para resolver los problemas a los que nos enfrentamos se requerirá una energía claramente definida, a la que debemos dispersar los núcleos pesados. Para este propósito, elegimos "oro sobre oro", que es más fácil tecnológicamente. Acelera y simplifica significativamente el proceso de implementación del proyecto, el hecho de que el colisionador se crea sobre la base del Nuclotron existente y en funcionamiento. Las capacidades de NICA nos permitirán llevar a cabo investigaciones en dos direcciones: estudiar el programa iónico pesado, tratar de lograr esa densidad máxima de materia bariónica y ver qué viene de ella y, al mismo tiempo, estudiar no menos interesante dirección: física de espín ", explicó Kekelidze.Experimento BM @ N para estudiar la materia bariónica en el Nuclotron
Las colisiones de iones pesados de alta energía brindan oportunidades únicas para estudiar las propiedades de la materia nuclear en condiciones extremas. Uno de los principales problemas en la astrofísica moderna es una descripción de los mecanismos de formación y estabilidad de las estrellas de neutrones, así como los procesos que ocurren durante las explosiones de supernovas. Además, la ecuación de estado de la materia nuclear superdensa se puede obtener solo sobre la base de datos experimentales sobre colisiones núcleo-núcleo.Una de las más interesantes es la predicción de una restauración parcial de la simetría quiral en la materia nuclear densa, observada por cambios significativos en las propiedades de los hadrones (masas y vidas) bajo la influencia de la densidad nuclear. Sin embargo, la falta de datos experimentales precisos para las energías de colisión del orden de varios GeV por nucleón actualmente dificulta la elección de uno de los escenarios de modificación propuestos. En la colisión de núcleos relativistas, nacen un gran número de partículas con extrañeza (mesones K e hiperones Λ). En el proceso de la interacción secundaria de estas partículas con los nucleones del medio, es posible la formación múltiple de hiperones e hipernúcleos en cascada. Un estudio sobre el nacimiento de hipernúcleos aclarará las propiedades importantes del potencial de interacción hiperonucleón e hiperón hiperón en el medio. Por otra parte,Los estudios planificados tienen un potencial significativo para el descubrimiento, ya que los datos sobre hipernúcleos duales son extremadamente escasos hoy en día.El programa de física de iones pesados en el Nuclotron implica el desarrollo de las siguientes áreas de investigación: estudiar la ecuación del estado de la materia nuclear y la dinámica de las colisiones nucleares, estudiar las propiedades de los hadrones en un medio denso, estudiar el nacimiento de hiperones en cascada cerca del umbral y el nacimiento de hipernúcleos.Una parte importante en las estadísticas recopiladas serán las reacciones p + p, p + n (d), que se requieren para normalizar los datos sobre colisiones A + A.
Fig. 1. El esquema del experimento BM @ NLos experimentos permitirán a los científicos estudiar la distribución de hadrones en velocidad, ángulo azimutal, momento transversal, estudiar fluctuaciones y correlaciones de hadrones en el evento. En la fig. 2 (ver abajo) presenta la configuración experimental. El detector BM @ N está representado por un sistema de seguimiento, un sistema de tiempo de vuelo para identificar partículas cargadas y detectores para determinar los parámetros de colisión. El sistema de seguimiento consta de un conjunto de detectores GEM (multiplicadores de electrones gaseosos) ubicados dentro del imán de análisis (campo máximo de 0,8 T), así como una almohadilla catódica (CPC) y cámaras de deriva (DCH) detrás del imán. Para una separación eficiente de partículas, se diseñaron detectores de tiempo de vuelo (TOF1,2) basados en tecnología mRPC (cámaras de placas resistivas multigrape) con lectura de banda.Los parámetros de tales detectores permiten identificar partículas de hasta pulsos del orden de varios GeV / c. El calorímetro de ángulo cero (ZDC) está diseñado para determinar el parámetro de impacto de la colisión (centralidad) midiendo la energía de los fragmentos de partículas del haz. También se planea restaurar la centralidad de la interacción independientemente de las mediciones de energía de los fragmentos de partículas del objetivo en el detector de retroceso (Recoil), superponiendo parcialmente el hemisferio posterior (-1 <η <1.2).solapando parcialmente el hemisferio posterior (-1 <η <1.2).solapando parcialmente el hemisferio posterior (-1 <η <1.2).
Fig. 2. El módulo del detector GEM en el haz de prueba de NuclotronCabe señalar que los detectores GEM para el experimento BM @ N son creados por el equipo de JINR utilizando desarrollos CERN. La muestra experimental del detector GEM ya pasó el control de prueba durante la sesión en el haz de protones de Nuclotron en febrero de 2014. (Fig. 2) y en todas las pruebas confirmaron la estabilidad operativa y la eficiencia de registro.Las características BM @ N de la reconstrucción del hiperón utilizando información de seguimiento de un detector GEM se muestran en la Fig. 3. La calidad de identificación de los hiperones ons por masa invariante sigue siendo alta incluso en eventos con una gran multiplicidad de partículas (en las llamadas interacciones centrales Au + Au).
Fig. 3. Distribución de masa invariable para pares de protones y mesones π reconstruidos en colisiones centrales de Au + Au a 4.5 GeV / nucleón.
HilacSegún los científicos, el acelerador lineal NIKA de iones pesados ayudará a revelar la estructura del Universo y los principios subyacentes a sus fuerzas y fenómenos fundamentales: agujeros negros, materia oscura, energía oscura, "agujeros de gusano", dimensiones adicionales.“Cuando sabes cómo se formó la materia, cómo se formó la materia, cómo se formó, puedes predecir qué sucederá con este asunto, cómo se desarrollará más, cómo se descompondrá y, finalmente, cómo morirá. En general, estos son los temas fundamentales que proporcionarán una clave para comprender la evolución de nuestro Universo ”, Grigory Trubnikov comparte su opinión.Los parámetros de la configuración creada nos permitirán lograr una densidad ultra alta de materia, alta energía, para estudiar el comportamiento de muchas partículas diferentes, lo que abre oportunidades sin precedentes para resolver una serie de problemas aplicados. La terapia de carbono se repondrá con nuevos conocimientos, será posible estudiar los procesos de transmutación de residuos radiactivos y nuevos enfoques para la producción de energía.Según Kekelidze, el proyecto NICA se implementará utilizando las tecnologías y materiales más avanzados, lo que proporcionará al acelerador ruso una ventaja en la velocidad de recibir información sobre colisiones de partículas entre 100 y 1000 veces, en comparación con su predecesor y el principal competidor: el acelerador RHIC en Brookhaven, EE. UU.“Inicialmente, los científicos planean juntar no solo iones, sino también iones y protones, otras partículas elementales y núcleos de luz. Esto le permitirá acumular datos primarios, determinar los puntos de partida y comprender dónde y cómo avanzar. Dichos estudios atraen la atención no solo de los físicos nucleares, sino también de los teóricos que estudian cómo nació el Universo y los procesos que ocurren en las entrañas de grupos superdensos de materia: estrellas de neutrones y otros objetos degenerados del espacio ", el físico está convencido.Situación actual
Los principales expertos internacionales participan en el proyecto NICA, implementado sobre la base de JINR. Y es muy importante que el proyecto esté en Rusia, y no en el extranjero, y creará oportunidades únicas para el desarrollo del potencial científico nacional, trabajos con perspectivas brillantes para el desarrollo de generaciones de físicos rusos.Kevelidze señaló que la implementación del proyecto NIKA está en total conformidad con el cronograma. Los eventos de los últimos 3 años relacionados con la situación política prácticamente no tuvieron efecto en el proyecto, que fue implementado inicialmente, además de los científicos rusos, por especialistas de Bielorrusia, Ucrania, Kazajstán, Bulgaria y Alemania. En total, la lista de países participantes hoy incluye 24 países, el costo actual del proyecto, según Kekelidze, se estima en $ 545 millones.Hasta cierto punto, las formas de superar los problemas asociados con los eventos en Ucrania fueron complicadas y, en primer lugar, los esquemas logísticos se volvieron más complicados. Al mismo tiempo, Ucrania sigue siendo un participante activo en el proyecto, aunque se esperan ciertos problemas con las contribuciones, según Kevelidze. Recientemente, la planta en Kramatorsk, agregó, suministró parte del equipo necesario. 85-90% de la comunidad científica de Ucrania, se distanció de los acontecimientos actuales y continúa manteniendo contactos con colegas rusos. Prácticamente no sintieron ninguna sanción occidental en JINR, están mucho más presionados por los embargos que se adoptaron en la década de 1950 durante la Guerra Fría. Al mismo tiempo, hay formas y medios de sortearlos: "alquilar" productos terminados en lugar de comprar materias primas, etc. Y los colegas europeos, según Kekelidze,tome un interés activo en encontrar tales caminos.En 2016, se planifica el inicio de un conjunto de datos físicos en el experimento BM @ N. El trabajo activo continúa creando elementos detectores, mejorando el canal del haz, optimizando los parámetros de instalación utilizando métodos de simulación Monte Carlo.Resumen: ElInstituto Conjunto de Investigación Nuclear (Dubna, Rusia) fue fundado en 1956 sobre la base del Instituto de Problemas Nucleares de la Academia de Ciencias de la URSS. Fue en Dubna donde se creó el primer acelerador de protones del mundo, el sincrofasotrón. El instituto cuenta con 7 laboratorios. Las principales áreas de investigación son la física de partículas elementales, la física nuclear y el estado condensado de la materia.Sitio del proyectoReferencias: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 y U. Mosel, Phys. Rev. C 67, 065202 (2003);R. Rapp, J. Wambach y H. van Hees, arXiv: 0901.3289.3.J. Steinheimer, K. Gudima, A. Botvina, I. Mishustin, M. Bleicher, H. Stocker,Phys. Lett. B 714 (2012), pp. 854. Búsqueda de una fase mixta QCD en la instalación de colisionadores de iones basados en Nuclotron (Libro Blanco de NICA). nica.jinr.ru5. Informe de diseño conceptual BM @ N.
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