Geekly articles weekly

Collider NICA Rusia akan diluncurkan pada 2019

Selamat datang di Halaman Blog iCover ! Hari ini, 25 Maret, sebuah upacara peletakan batu pertama di fondasi kompleks akselerator yang menjanjikan akan diadakan, didedikasikan untuk memulai pekerjaan pembangunan collider NICA Rusia di Dubna dekat Moskow. Menurut rencana, peluncuran collider pertama direncanakan untuk awal 2019. Kita akan berbicara tentang proyek fisikawan Rusia, tugas utamanya, bidang penelitian dan keadaan terkini di fasilitas tersebut dalam publikasi kami hari ini.

gambar

Bekerja pada penciptaan adik LHC dari collider NICA Rusia pertama (fasilitas Collider Ion berbasis Nuclotron) di Institute for Nuclear Research (Dubna) diluncurkan pada 2013. Tujuan global dari proyek ini adalah untuk mensimulasikan momen munculnya Semesta dan mempelajari sifat-sifat materi baryonic yang padat. Menurut direktur laboratorium energi tinggi dari Joint Institute for Nuclear Research (JINR) Vladimir Kekelidze, proyek ini dibagi menjadi beberapa tahap. Menurut rencana, collider akan diluncurkan pada 2019 dan akan mengembangkan kapasitas penuh setelah 3 tahun, setelah itu akan kembali ke mode operasi normal dan akan siap untuk penggunaan yang direncanakan. Tahap pertama dalam implementasi proyek - konstruksi detektor BM @ N akan selesai pada 2017. Penyelesaian tahap ketiga, final - pembangunan detektor SPD,sesuai dengan rencana saat ini dan kemampuan JINR dijadwalkan untuk 2023.

Terlepas dari perbedaan signifikan dalam ukuran dan anggaran (pada tahap awal, pembiayaan dilakukan oleh JINR), NIKA, juga diimplementasikan dalam kerja sama internasional, menghadapi tugas yang tidak kalah ambisius daripada instalasi Zern. Perbedaan utama antara kompleks NICA Rusia dan Swiss untuk tujuan awal percobaan. Jika CERN diciptakan terutama untuk mencari boson Higgs yang sulit dipahami - sebuah partikel yang mengkomunikasikan massa ke semua partikel lain, maka NIKA akan memungkinkan kita untuk mempelajari aspek-aspek kemunculan Alam Semesta beberapa miliar tahun yang lalu dan, pertama-tama, proses pembentukan partikel materi baronik dari gluon dan quark, yang hanya ada di tahap awal evolusi alam semesta dan di perut bintang-bintang neutron.

NICA akan memungkinkan Anda untuk mempelajari interaksi balok berbagai partikel: dari proton dan deuteron terpolarisasi hingga ion emas masif. Direncanakan untuk mempercepat ion berat menjadi energi 4,5 GeV, proton - hingga 12,6 GeV. Sebuah collider dibuat berdasarkan akselerator Nuclotron modern, yang telah beroperasi di JINR sejak 1993. Registrasi parameter tumbukan aliran partikel akan dilakukan pada dua titik.

Rencana dan prospek


Proyek NIKA tidak melibatkan penggalian terowongan dan tambang, karena instalasi, yang merupakan riam tiga akselerator, dikembangkan dengan mempertimbangkan kapasitas superkonduktor ion synchrotron-Nuclotron yang sudah ada. Intensitas partikel yang diperlukan untuk percobaan akan disediakan oleh "penguat" menggunakan magnet synchrophasotron yang ada. Dan untuk membubarkan proton ke energi yang diperlukan akan memungkinkan dua cincin collider, berdiameter 500 m.

gambar
Kompleks akselerator superkonduktor NICA

“Masih ada bidang fisika energi tinggi, yang tidak kalah menarik dan sangat populer saat ini. Dan di area ini kami mengharapkan penemuan menarik yang sangat cerah. Salah satunya adalah fase transisi materi nuklir. Untuk mempelajari fenomena tatanan ini, perlu untuk menciptakan kepadatan maksimum materi baryonic, yang ada di bintang neutron. Untuk mempelajari proses ini, energi dari skala seperti yang digunakan pada LHC atau mesin Brookhaven tidak diperlukan. Secara teori, energi yang diperlukan untuk eksperimen kami sangat dekat dengan apa yang sudah dapat dicapai di Nuclotron kami hari ini, ”jelas Vladimir Kekelidze, Direktur Laboratorium Energi Tinggi JINR.

Para ilmuwan berharap bahwa NICA akan dapat menciptakan kondisi yang lebih baik untuk percobaan dengan ion berat, yang akan memungkinkan memindahkan pusat penelitian dunia dalam segmen fisika ini ke wilayah Moskow.

gambar
Nuclotron (Synchrotron superkonduktor pertama dari ion-ion berat)

“Para ahli teori telah merumuskan kondisi-kondisi yang memungkinkan pengembangan Semesta di sepanjang jalan yang dilaluinya. Dan kondisinya sangat sederhana - suhu (atau energi) partikel tertentu dan kepadatan bahan nuklir. Ketika kriteria dan parameter batas diidentifikasi, menjadi jelas percobaan mana yang harus dilakukan dalam kondisi laboratorium di Bumi kita untuk mensimulasikan kondisi yang berada pada tahap awal pembentukan Alam Semesta, ”jelas Grigory Trubnikov, Wakil Kepala Insinyur JINR, Anggota Sejalan Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia.

Sesuai dengan hipotesis para ilmuwan, NIKA akan memungkinkan kondisi simulasi yang dekat dengan yang menyertai Big Bang, yang, menurut salah satu versi yang dipertimbangkan, menjadi penyebab Alam Semesta kita. “Untuk memecahkan masalah yang kita hadapi akan membutuhkan energi yang terdefinisi dengan jelas, yang perlu kita hancurkan inti yang berat. Untuk tujuan ini, kami memilih "emas di emas", yang lebih mudah secara teknologi. Secara signifikan mempercepat dan menyederhanakan proses implementasi proyek fakta bahwa collider dibuat berdasarkan Nuclotron yang ada dan berfungsi. Kemampuan NICA akan memungkinkan kami untuk melakukan penelitian dalam dua arah: untuk mempelajari program ionik berat, mencoba untuk mencapai kerapatan maksimum dari materi baryonic dan melihat apa yang muncul darinya, dan pada saat yang sama, mempelajari arah fisika putaran yang sama menariknya, "jelas Kekelidze.

Eksperimen BM @ N untuk mempelajari materi baryonic di Nuclotron


Tabrakan ion berenergi tinggi memberikan peluang unik untuk mempelajari sifat-sifat materi nuklir dalam kondisi ekstrem. Salah satu masalah utama dalam astrofisika modern adalah deskripsi mekanisme pembentukan dan stabilitas bintang neutron, serta proses yang terjadi selama ledakan supernova. Selain itu, persamaan keadaan materi nuklir superdense hanya dapat diperoleh berdasarkan data eksperimen pada tabrakan inti-inti.

Salah satu yang paling menarik adalah prediksi restorasi parsial simetri kiral dalam materi nuklir padat, diamati oleh perubahan signifikan dalam sifat hadron (massa dan masa hidup) di bawah pengaruh kepadatan nuklir. Namun, kurangnya data eksperimental yang akurat untuk energi tumbukan dari urutan beberapa GeV per nukleon saat ini membuat sulit untuk memilih salah satu skenario modifikasi yang diusulkan. Dalam tabrakan inti relativistik, sejumlah besar partikel dengan keanehan (K-meson dan Λ-hyperon) lahir. Dalam proses interaksi sekunder dari partikel-partikel ini dengan nukleon medium, pembentukan multipel cascade hyperon dan hypernuclei dimungkinkan. Sebuah studi tentang kelahiran hypernuclei akan menjelaskan sifat-sifat penting dari potensi interaksi hyperonucleon dan hyperon hyperon dalam medium. Selain itu,Studi yang direncanakan memiliki potensi signifikan untuk penemuan, karena data pada dual hypernuclei sangat jarang saat ini.

Program fisika ion berat di Nuclotron melibatkan pengembangan bidang-bidang penelitian berikut: mempelajari persamaan keadaan materi nuklir dan dinamika tabrakan nuklir, mempelajari sifat-sifat hadron dalam medium padat, mempelajari kelahiran cascade hyperon di dekat ambang pintu dan kelahiran hypernuclei.

Bagian penting dalam statistik yang dikumpulkan adalah reaksi p + p, p + n (d), yang diperlukan untuk menormalkan data pada tabrakan A + A.


Fig. 1. Skema percobaan BM @ N

Eksperimen akan memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari distribusi hadron dalam kecepatan, sudut azimut, momentum melintang, untuk mempelajari fluktuasi dan korelasi hadron dalam peristiwa tersebut. Dalam Fig. 2 (lihat di bawah) menyajikan pengaturan eksperimental. Detektor BM @ N diwakili oleh sistem lintasan, sistem waktu penerbangan untuk mengidentifikasi partikel bermuatan, dan detektor untuk menentukan parameter tumbukan. Sistem lintasan terdiri dari satu set detektor GEM (Gaseous Electron Multipliers) yang terletak di dalam magnet analisis (bidang maks 0,8 T), serta kamera Cathode Pad (CPC) dan drift (DCH) di belakang magnet. Untuk pemisahan partikel yang efisien, detektor waktu terbang (TOF1, 2) yang didasarkan pada teknologi mRPC (Multigap Resistive Plate Chambers) dengan pembacaan strip dirancang.Parameter detektor tersebut memungkinkan untuk mengidentifikasi partikel hingga pulsa dari urutan beberapa GeV / c. Zero-angle calorimeter (ZDC) dirancang untuk menentukan parameter dampak tabrakan (sentralitas) dengan mengukur energi partikel-fragmen balok. Hal ini juga direncanakan untuk mengembalikan sentralitas interaksi secara independen dari pengukuran energi fragmen partikel target dalam detektor recoil (Recoil), sebagian tumpang tindih belahan belakang (-1 <η <1.2).sebagian tumpang tindih belahan belakang (-1 <η <1.2).sebagian tumpang tindih belahan belakang (-1 <η <1.2).


Fig. 2. Modul detektor GEM pada balok uji Nuclotron

Perlu dicatat bahwa detektor GEM untuk eksperimen BM @ N dibuat oleh tim JINR menggunakan pengembangan CERN. Sampel eksperimental dari detektor GEM telah melewati kontrol tes selama sesi pada balok proton Nuclotron pada bulan Februari 2014. (Gbr. 2) dan dalam semua pengujian mengkonfirmasi stabilitas operasional dan efisiensi registrasi.

BM @ N karakteristik rekonstruksi hyperon menggunakan informasi trek dari detektor GEM ditunjukkan pada Gambar. 3. Kualitas identifikasi Λ-hyperon oleh massa invarian tetap tinggi bahkan dalam peristiwa dengan multiplisitas partikel yang tinggi (dalam apa yang disebut interaksi Au + Au pusat).


Fig. 3. Distribusi massa invarian untuk pasangan proton dan π-meson yang direkonstruksi dalam tumbukan Au + Au pusat pada 4,5 GeV / nukleon.

gambar
Hilac.

Menurut para ilmuwan, akselerator linear berat ion NIKA akan membantu mengungkapkan struktur Alam Semesta dan prinsip-prinsip yang mendasari kekuatan dan fenomena fundamentalnya: lubang hitam, materi gelap, energi gelap, "lubang cacing", dimensi ekstra.

“Ketika Anda tahu bagaimana materi terbentuk, bagaimana materi terbentuk, bagaimana itu terbentuk, Anda dapat memprediksi apa yang akan terjadi pada masalah ini, bagaimana ia akan berkembang lebih lanjut, bagaimana ia akan membusuk dan, akhirnya, bagaimana cara mati. Secara umum, ini adalah masalah mendasar yang akan memberikan kunci untuk memahami evolusi Alam Semesta kita, ”Grigory Trubnikov berbagi pendapatnya.

Parameter pengaturan yang dibuat akan memungkinkan kita untuk mencapai kepadatan materi yang sangat tinggi, energi tinggi, untuk mempelajari perilaku banyak partikel yang berbeda, yang membuka peluang yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk memecahkan sejumlah masalah yang diterapkan. Terapi karbon akan diisi kembali dengan pengetahuan baru, akan memungkinkan untuk mempelajari proses transmutasi limbah radioaktif dan pendekatan baru untuk produksi energi.

Menurut Kekelidze, proyek NICA akan diimplementasikan dengan menggunakan teknologi dan bahan paling canggih, yang akan memberikan akselerator Rusia keuntungan dalam kecepatan menerima informasi tentang tabrakan partikel sebanyak 100-1000 kali, dibandingkan dengan pendahulunya dan pesaing utama - akselerator RHIC di Brookhaven, AS.

“Awalnya, para ilmuwan berencana untuk menyatukan tidak hanya ion, tetapi juga ion dan proton, partikel elementer lainnya dan inti cahaya. Ini akan memungkinkan Anda untuk mengumpulkan data primer, menentukan titik awal dan memahami di mana dan bagaimana untuk melanjutkan. Studi semacam itu menarik perhatian tidak hanya fisikawan nuklir, tetapi juga para ahli teori yang mempelajari bagaimana Semesta dilahirkan dan proses-proses yang terjadi di dalam usus gumpalan materi superdense - bintang-bintang neutron dan benda-benda terdegradasi lainnya dari ruang angkasa ”- fisikawan itu yakin.

Situasi saat ini


Pakar internasional terkemuka ikut serta dalam proyek NICA, diimplementasikan berdasarkan JINR. Dan sangat penting bahwa proyek ini akan berada di Rusia, dan bukan di luar negeri, dan akan menciptakan peluang unik untuk pengembangan potensi ilmiah domestik, pekerjaan dengan prospek cemerlang untuk pengembangan generasi fisikawan Rusia.

Kevelidze mencatat bahwa implementasi proyek NIKA sesuai dengan jadwal. Peristiwa 3 tahun terakhir terkait dengan situasi politik praktis tidak berpengaruh pada proyek, yang pada awalnya dilaksanakan, selain para ilmuwan Rusia, oleh spesialis dari Belarus, Ukraina, Kazakhstan, Bulgaria dan Jerman. Secara total, daftar negara yang berpartisipasi saat ini mencakup 24 negara, biaya proyek saat ini, menurut Kekelidze, diperkirakan mencapai $ 545 juta.

Hingga taraf tertentu, cara untuk mengatasi masalah yang terkait dengan peristiwa di Ukraina rumit dan, pertama-tama, skema logistik menjadi lebih rumit. Pada saat yang sama, Ukraina tetap menjadi peserta aktif dalam proyek tersebut, meskipun masalah tertentu dengan kontribusi diharapkan, menurut Kevelidze. Jadi baru-baru ini, pabrik di Kramatorsk, tambahnya, memasok sebagian peralatan yang diperlukan. 85-90% komunitas ilmiah Ukraina, menjauhkan diri dari peristiwa terkini dan terus mempertahankan kontak dengan rekan-rekan Rusia. Mereka praktis tidak merasakan sanksi Barat di JINR, mereka jauh lebih tertekan oleh embargo yang diadopsi pada 1950-an selama Perang Dingin. Pada saat yang sama, ada cara dan cara untuk mengatasinya - “menyewa” produk jadi alih-alih membeli bahan baku, dll.tertarik secara aktif untuk menemukan jalan tersebut.

Pada 2016, awal dari serangkaian data fisik dalam eksperimen BM @ N direncanakan. Pekerjaan aktif berlanjut untuk menciptakan elemen detektor, meningkatkan saluran berkas, mengoptimalkan parameter pemasangan menggunakan metode simulasi Monte Carlo.

Ringkasan:

Institut Gabungan untuk Riset Nuklir (Dubna, Rusia) didirikan pada tahun 1956 berdasarkan Institut Masalah Nuklir dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet. Di Dubna-lah akselerator proton pertama di dunia, synchrophasotron, diciptakan. Lembaga ini memiliki 7 laboratorium. Bidang utama penelitian adalah fisika partikel dasar, fisika nuklir, dan keadaan materi terkondensasi. Referensi

situs proyek

:

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 dan U. Mosel, Phys. Rev. C 67, 065202 (2003);
R. Rapp, J. Wambach dan H. van Hees, arXiv: 0901.3289.
3.J. Steinheimer, K. Gudima, A. Botvina, I. Mishustin, M. Bleicher, H. Stocker,
Phys. Lett. B 714 (2012), hlm. 85
4. Mencari fase campuran QCD di fasilitas collider ion berbasis Nuclotron (NICA White Paper). nica.jinr.ru
5. Laporan Desain Konseptual BM @ N.


Pembaca yang budiman, kami selalu senang bertemu dan menunggu Anda di halaman blog kami. Kami siap untuk terus berbagi dengan Anda berita terbaru, bahan ulasan, dan publikasi lainnya, dan akan berusaha melakukan yang terbaik untuk membuat waktu yang dihabiskan bersama kami bermanfaat bagi Anda. Dan, tentu saja, jangan lupa berlangganan kolom kami .
Artikel dan acara kami yang lain

Source: https://habr.com/ru/post/id392213/

More articles:


All Articles