👩🏼‍⚕️ 📀 👨🏻‍🏭 Le collisionneur russe NICA sera lancé en 2019 👩🏿‍🚒 👨🏿‍🏭 😎

Bienvenue sur les pages du blog iCover ! Aujourd'hui, le 25 mars, une cérémonie solennelle de pose de la première pierre dans les fondations d'un complexe d'accélérateurs prometteur aura lieu, dédiée au démarrage des travaux de construction du collisionneur russe NICA à Dubna près de Moscou. Selon les plans, le premier lancement du collisionneur est prévu début 2019. Nous parlerons du projet des physiciens russes, de ses tâches principales, des domaines de recherche et de la situation actuelle de l'installation dans notre publication d'aujourd'hui.

Les travaux sur la création du frère cadet du LHC du premier collisionneur russe NICA (Nuclotron-based Ion Collider) à l'Institut de recherche nucléaire (Dubna) ont été lancés en 2013. L'objectif global du projet est de simuler le moment de l'émergence de l'Univers et d'étudier les propriétés de la matière baryonique dense. Selon le directeur du laboratoire de haute énergie de l'Institut commun de recherche nucléaire (JINR) Vladimir Kekelidze, le projet est divisé en plusieurs étapes. Selon les plans, le collisionneur sera lancé en 2019 et développera sa pleine capacité après 3 ans, après quoi il reviendra au mode de fonctionnement normal et sera prêt pour l'utilisation prévue. Première étape de la mise en œuvre du projet - la construction du détecteur BM @ N s'achèvera en 2017. Achèvement de la troisième étape finale - la construction du détecteur SPD,conformément aux plans et capacités actuels du JINR est prévu pour 2023.

Malgré la différence significative de taille et de budget (au stade initial, le financement était assuré par JINR), NIKA, également mis en œuvre en coopération internationale, n'est pas moins ambitieux que l'installation de Zern. La principale différence entre le complexe russe NICA et le complexe suisse pour les objectifs initiaux des expériences. Si le CERN a été créé principalement pour rechercher le boson de Higgs insaisissable - une particule qui communique la masse à toutes les autres particules, alors le NIKA nous permettra d'étudier les aspects de l'émergence de l'Univers il y a plusieurs milliards d'années et, surtout, la formation de particules de matière baryonique à partir de gluons et de quarks, qui n'existaient que sur les premiers stades de l'évolution de l'univers et dans les entrailles des étoiles à neutrons.

NICA vous permettra d'étudier les interactions des faisceaux d'une grande variété de particules: des protons et des deutons polarisés aux ions d'or massifs. Il est prévu d'accélérer les ions lourds à des énergies de 4,5 GeV, protons - à 12,6 GeV. Un collisionneur est en cours de création sur la base de l'accélérateur Nuclotron modernisé, qui opère au JINR depuis 1993. L'enregistrement des paramètres des collisions des flux de particules sera effectué en deux points.

Plans et perspectives

Le projet NIKA n'implique pas de creuser de tunnels et de mines, car l'installation, qui est une cascade de trois accélérateurs, a été développée en tenant compte des capacités du synchrotron-Nuclotron à ions supraconducteurs déjà existant. L'intensité de particules nécessaire pour les expériences sera fournie par un «booster» utilisant des aimants de synchrophasotron existants. Et pour disperser les protons aux énergies requises, il y aura deux anneaux de collision de 500 m de diamètre.

_{Complexe accélérateur supraconducteur NICA}

«Il existe encore un domaine de la physique des hautes énergies, non moins intéressant et très populaire aujourd'hui. Et dans ce domaine, nous nous attendons à des découvertes intéressantes très brillantes. L'un d'eux est la transition de phase de la matière nucléaire. Pour étudier des phénomènes de cet ordre, il est nécessaire de créer la densité maximale de matière baryonique, celle qui existe dans les étoiles à neutrons. Pour étudier ces processus, des énergies de telles échelles que celles utilisées sur le LHC ou la machine Brookhaven ne sont pas nécessaires. En théorie, l'énergie requise pour nos expériences est très proche de celle qui est déjà réalisable sur notre Nuclotron aujourd'hui », a expliqué Vladimir Kekelidze, directeur du Laboratoire de haute énergie JINR.

Les scientifiques s'attendent à ce que la NICA soit en mesure de créer de meilleures conditions pour des expériences avec des ions lourds, ce qui permettra de déplacer le centre mondial de recherche dans ce segment de la physique vers la région de Moscou.

_{Nuclotron (Le premier synchrotron supraconducteur d'ions lourds)}

«Les théoriciens ont formulé les conditions dans lesquelles il est devenu possible de développer l'Univers le long de son cheminement. Et les conditions sont très simples - une certaine température (ou énergie) des particules et la densité de la matière nucléaire. Lorsque les critères et les paramètres des limites ont été identifiés, il est devenu clair quelle expérience devait être menée dans les conditions de laboratoire sur notre Terre afin de simuler les conditions qui étaient aux premiers stades de la formation de l'Univers », explique Grigory Trubnikov, ingénieur en chef adjoint du JINR, membre correspondant de l'Académie russe des sciences.

Conformément aux hypothèses des scientifiques, NIKA permettra de simuler des conditions proches de celles qui ont accompagné le Big Bang, qui, selon l'une des versions envisagées, est devenue la cause de notre Univers. «Pour résoudre les problèmes auxquels nous sommes confrontés, il faudra une énergie clairement définie, à laquelle nous devons disperser les noyaux lourds. Pour cela, nous avons choisi «l'or sur l'or», ce qui est plus facile technologiquement. Accélère et simplifie considérablement le processus de mise en œuvre du projet, le fait que le collisionneur est créé sur la base du Nuclotron existant et fonctionnel. Les capacités du NICA nous permettront de mener des recherches dans deux directions: étudier le programme ionique lourd, essayer d'atteindre cette densité maximale de matière baryonique et voir ce qui en découle et, en même temps, étudier une direction tout aussi intéressante - la physique du spin '', a expliqué Kekelidze.

Expérience BM @ N pour étudier la matière baryonique au Nuclotron

Les collisions d'ions lourds de haute énergie offrent des opportunités uniques pour étudier les propriétés de la matière nucléaire dans des conditions extrêmes. L'un des principaux problèmes de l'astrophysique moderne est une description des mécanismes de formation et de stabilité des étoiles à neutrons, ainsi que des processus qui se produisent lors des explosions de supernova. De plus, l'équation d'état de la matière nucléaire superdense ne peut être obtenue que sur la base de données expérimentales sur les collisions noyau-noyau.

L'une des plus intrigantes est la prédiction d'une restauration partielle de la symétrie chirale dans la matière nucléaire dense, observée par des changements importants dans les propriétés des hadrons (masses et durées de vie) sous l'influence de la densité nucléaire. Cependant, le manque de données expérimentales précises pour des énergies de collision de l'ordre de plusieurs GeV par nucléon rend actuellement difficile le choix d'un des scénarios de modification proposés. Lors de la collision de noyaux relativistes, un grand nombre de particules étranges (mésons K et Λ-hyperons) naissent. Au cours de l'interaction secondaire de ces particules avec les nucléons du milieu, la formation multiple d'hyperons et d'hypernoyaux en cascade est possible. Une étude de la naissance d'hypernoyaux clarifiera les propriétés importantes du potentiel d'interaction hyperonucléon et hyperon hyperon dans le milieu. De plus,Les études prévues ont un potentiel de découverte important, car les données sur les hypernoyaux doubles sont extrêmement rares aujourd'hui.

Le programme de physique des ions lourds au Nuclotron implique le développement des domaines de recherche suivants: étudier l'équation d'état de la matière nucléaire et la dynamique des collisions nucléaires, étudier les propriétés des hadrons dans un milieu dense, étudier la production d'hyperons en cascade près du seuil et la création d'hypernoyaux.

Une part importante des statistiques collectées sera constituée par les réactions p + p, p + n (d), qui sont nécessaires pour normaliser les données sur les collisions A + A.

_{Fig. 1. Le schéma de l'expérience BM @ N}

Les expériences permettront aux scientifiques d'étudier la distribution des hadrons en vitesse, angle azimutal, momentum transversal, d'étudier les fluctuations et les corrélations des hadrons dans l'événement. Dans la Fig. 2 (voir ci-dessous) présente la configuration expérimentale. Le détecteur BM @ N est représenté par un système de suivi, un système de temps de vol pour identifier les particules chargées et des détecteurs pour déterminer les paramètres de collision. Le système de piste se compose d'un ensemble de détecteurs GEM (Gaseous Electron Multipliers) situés à l'intérieur de l'aimant d'analyse (champ maximal 0,8 T), ainsi que d'un appareil photo cathodique (CPC) et de caméras à dérive (DCH) derrière l'aimant. Pour une séparation efficace des particules, des détecteurs de temps de vol (TOF1,2) basés sur la technologie mRPC (Multicap Resistive Plate Chambers) avec lecture de bande sont conçus.Les paramètres de tels détecteurs permettent d'identifier des particules jusqu'à des impulsions de l'ordre de plusieurs GeV / c. Le calorimètre à angle zéro (ZDC) est conçu pour déterminer le paramètre d'impact de la collision (centralité) en mesurant l'énergie des fragments de particules du faisceau. Il est également prévu de restaurer la centralité de l'interaction indépendamment des mesures d'énergie des fragments de particules de la cible dans le détecteur de recul (Recoil), chevauchant partiellement l'hémisphère arrière (-1 <η <1,2).chevauchant partiellement l'hémisphère arrière (-1 <η <1,2).chevauchant partiellement l'hémisphère arrière (-1 <η <1,2).

_{Fig. 2. Le module du détecteur GEM sur le faisceau d'essai du Nuclotron}

Il convient de noter que les détecteurs GEM pour l'expérience BM @ N sont créés par l'équipe JINR en utilisant les développements du CERN. L'échantillon expérimental du détecteur GEM a déjà passé le contrôle de test lors de la session sur le faisceau de protons Nuclotron en février 2014. (Fig. 2) et dans tous les tests a confirmé la stabilité opérationnelle et l'efficacité de l'enregistrement.

Les caractéristiques BM @ N de la reconstruction d'hyperons utilisant les informations de piste d'un détecteur GEM sont montrées sur la Fig. 3. La qualité d'identification des hyper-hyperons par la masse invariante reste élevée même dans les événements avec une multiplicité élevée de particules (dans les interactions dites Au + Au centrales).

_{Fig. 3. Distribution de masse invariante pour les paires de protons et de mésons n reconstruits dans les collisions centrales Au + Au à 4,5 GeV / nucléon.}

_Hilac.

Selon les scientifiques, l'_{accélérateur linéaire d'ions lourds} NIKA aidera à révéler la structure de l'Univers et les principes sous-jacents à ses forces et phénomènes fondamentaux: trous noirs, matière noire, énergie sombre, «trous de ver», dimensions supplémentaires.

«Lorsque vous savez comment la matière a été formée, comment la matière a été formée, comment elle s'est formée, vous pouvez prédire ce qui va arriver à cette matière, comment elle se développera davantage, comment elle se décomposera et, enfin, comment mourir. En général, ce sont les questions fondamentales qui fourniront une clé pour comprendre l'évolution de notre univers », partage Grigory Trubnikov.

Les paramètres de la configuration créée nous permettront d'atteindre une densité de matière ultra élevée, une énergie élevée, d'étudier le comportement de nombreuses particules différentes, ce qui ouvre des opportunités sans précédent pour résoudre un certain nombre de problèmes appliqués. La carbonothérapie sera complétée par de nouvelles connaissances, il sera possible d'étudier les processus de transmutation des déchets radioactifs et de nouvelles approches de la production d'énergie.

Selon Kekelidze, le projet NICA sera mis en œuvre en utilisant les technologies et les matériaux les plus avancés, ce qui donnera à l'accélérateur russe un avantage dans la vitesse de réception des informations sur les collisions de particules 100 à 1000 fois, par rapport à son prédécesseur et principal concurrent - l'accélérateur RHIC à Brookhaven, aux États-Unis.

«Dans un premier temps, les scientifiques prévoient de rapprocher non seulement les ions, mais aussi les ions et les protons, d'autres particules élémentaires et les noyaux légers. Cela vous permettra d'accumuler des données primaires, de déterminer les points de départ et de comprendre où et comment passer. De telles études attirent l'attention non seulement des physiciens nucléaires, mais aussi des théoriciens qui étudient la naissance de l'Univers et les processus qui se produisent dans les entrailles des amas de matière superdenses - étoiles à neutrons et autres objets dégénérés de l'espace »- le physicien est convaincu.

Situation actuelle

Des experts internationaux de premier plan participent au projet NICA, mis en œuvre sur la base de JINR. Et il est très important que le projet soit en Russie, et non à l'étranger, et crée des opportunités uniques pour le développement du potentiel scientifique national, des emplois aux perspectives brillantes pour le développement de générations de physiciens russes.

Kevelidze a noté que la mise en œuvre du projet NIKA est pleinement conforme au calendrier. Les événements des 3 dernières années liés à la situation politique n'ont eu pratiquement aucun effet sur le projet, qui a été initialement mis en œuvre, en plus des scientifiques russes, par des spécialistes du Bélarus, d'Ukraine, du Kazakhstan, de Bulgarie et d'Allemagne. Au total, la liste des pays participants comprend aujourd'hui 24 pays, le coût actuel du projet, selon Kekelidze, est estimé à 545 millions de dollars.

Dans une certaine mesure, les moyens de surmonter les problèmes liés aux événements en Ukraine étaient compliqués et, tout d'abord, les schémas logistiques sont devenus plus compliqués. Dans le même temps, l'Ukraine reste un participant actif au projet, bien que certains problèmes de contributions soient attendus, selon Kevelidze. Si récemment, l'usine de Kramatorsk, a-t-il ajouté, a fourni une partie des équipements nécessaires. 85 à 90% de la communauté scientifique ukrainienne s'est distanciée de l'actualité et continue de maintenir des contacts avec ses collègues russes. Ils n'ont pratiquement pas ressenti de sanctions occidentales au JINR, ils sont beaucoup plus sous la pression des embargos qui ont été adoptés dans les années 1950 pendant la guerre froide. Dans le même temps, il existe des moyens de les contourner - «louer» des produits finis au lieu d'acheter des matières premières, etc. Et des collègues européens, selon Kekelidze,prendre un intérêt actif à trouver de tels chemins.

En 2016, le démarrage d'un ensemble de données physiques dans l'expérience BM @ N est prévu. Le travail actif se poursuit sur la création d'éléments détecteurs, la mise à niveau du canal de faisceau, l'optimisation des paramètres d'installation à l'aide de méthodes de simulation Monte Carlo.

Résumé: L'

Institut mixte de recherche nucléaire (Dubna, Russie) a été fondé en 1956 sur la base de l'Institut des problèmes nucléaires de l'Académie des sciences de l'URSS. C'est à Dubna que le premier accélérateur de protons au monde, le synchrophasotron, a été créé. L'institut compte 7 laboratoires. Les principaux domaines de recherche sont la physique des particules élémentaires, la physique nucléaire et l'état condensé de la matière.

_{Site du projet}

Références:

1. I. Sagert et al, Phys. Rev. C 86 045 802 (2012).
2. R. Rapp, J. Wambach, Eur. Phys. J. A 6 (1999) 415;
R. Shyam et U. Mosel, Phys. Rev. C 67 065202 (2003);
R. Rapp, J. Wambach et H. van Hees, arXiv: 0901.3289.
3.J. Steinheimer, K. Gudima, A. Botvina, I. Mishustin, M. Bleicher, H. Stocker,
Phys. Lett. B 714 (2012), p. 85
4. Recherche d'une phase mixte QCD à l'installation de collisionneur d'ions basée sur le Nuclotron (Livre blanc NICA). nica.jinr.ru
5. Rapport de conception conceptuelle BM @ N.

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