Russian NICA Collider será lançado em 2019
Bem-vindo às páginas do blog iCover ! Hoje, 25 de março, será realizada uma cerimônia para lançar a primeira pedra na fundação de um promissor complexo acelerador, dedicado ao início dos trabalhos de construção do colisor russo NICA em Dubna, perto de Moscou. De acordo com os planos, o primeiro lançamento do colisor está previsto para o início de 2019. Falaremos sobre o projeto dos físicos russos, suas principais tarefas, áreas de pesquisa e a situação atual das instalações na publicação de hoje.
O trabalho de criação do irmão mais novo do LHC do primeiro colisor russo NICA (instalação Ion Collider baseada em Nuclotron) no Instituto de Pesquisa Nuclear (Dubna) foi lançado em 2013. O objetivo global do projeto é simular o momento do surgimento do Universo e estudar as propriedades da matéria bariônica densa. Segundo o diretor do laboratório de alta energia do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear (JINR) Vladimir Kekelidze, o projeto está dividido em várias etapas. De acordo com os planos, o colisor será lançado em 2019 e desenvolverá a capacidade total após 3 anos, após os quais retornará ao modo de operação normal e estará pronto para o uso planejado. A primeira etapa da implementação do projeto - a construção do detector BM @ N será concluída em 2017. Conclusão da terceira etapa final - a construção do detector SPD,de acordo com os planos e capacidades atuais do JINR, está previsto para 2023.Apesar da diferença significativa em tamanho e orçamento (nos estágios iniciais, o financiamento foi realizado pelo JINR), o NIKA, também implementado em cooperação internacional, enfrenta tarefas não menos ambiciosas do que a instalação do Zern. A principal diferença entre o complexo russo NICA e o suíço para os propósitos iniciais dos experimentos. Se o CERN foi criado principalmente para procurar o indescritível bóson de Higgs - uma partícula que comunica massa a todas as outras partículas, o NIKA nos permitirá estudar aspectos do surgimento do Universo há vários bilhões de anos e, antes de tudo, o processo de formação de partículas de matéria bariônica a partir de glúons e quarks, que existiam apenas em estágios iniciais da evolução do universo e nas entranhas das estrelas de nêutrons.O NICA permitirá que você estude as interações dos feixes de uma grande variedade de partículas: de prótons e deuterons polarizados a íons maciços de ouro. Está planejado acelerar íons pesados para energias de 4,5 GeV, prótons - para 12,6 GeV. Um colisor está sendo criado com base no acelerador Nuclotron modernizado, que opera na JINR desde 1993. O registro dos parâmetros das colisões dos fluxos de partículas será realizado em dois pontos.Planos e perspectivas
O projeto NIKA não envolve escavação de túneis e minas, uma vez que a instalação, que é uma cascata de três aceleradores, foi desenvolvida levando em consideração as capacidades do síncrotron de íon supercondutor já existente - Nuclotron. A intensidade de partículas necessária para os experimentos será fornecida por um "reforço", usando ímãs síncrofasotron existentes. E dispersar prótons para as energias necessárias permitirá dois anéis colisores, com 500 m de diâmetro.NICA
complexo acelerador supercondutor“Ainda existe um campo da física de alta energia, não menos interessante e muito popular hoje. E nesta área esperamos descobertas interessantes muito brilhantes. Um deles é a transição de fase da matéria nuclear. Para estudar fenômenos dessa ordem, é necessário criar a densidade máxima de matéria bariônica que existe nas estrelas de nêutrons. Para estudar esses processos, não são necessárias energias de escalas como as usadas no LHC ou na máquina Brookhaven. Em teoria, a energia necessária para nossos experimentos está muito próxima da que já é possível em nosso Nuclotron hoje ”, explicou Vladimir Kekelidze, diretor do Laboratório de Alta Energia da JINR.Os cientistas esperam que o NICA seja capaz de criar melhores condições para experimentos com íons pesados, o que permitirá mover o centro mundial de pesquisa neste segmento da física para a região de Moscou.
Nuclotron (o primeiro síncrotron supercondutor de íons pesados)“Os teóricos formularam as condições sob as quais se tornou possível desenvolver o Universo ao longo do caminho ao longo do caminho. E as condições são muito simples - uma certa temperatura (ou energia) de partículas e a densidade da matéria nuclear. Quando os critérios e parâmetros de contorno foram identificados, ficou claro qual experimento deveria ser realizado nas condições de laboratório em nossa Terra, a fim de simular as condições que estavam nos estágios iniciais da formação do Universo ”, explica Grigory Trubnikov, vice-engenheiro chefe da JINR, membro correspondente da Academia Russa de Ciências.De acordo com as hipóteses dos cientistas, o NIKA permitirá simular condições próximas daquelas que acompanharam o Big Bang, que, de acordo com uma das versões consideradas, se tornaram a causa do nosso Universo. “Para resolver os problemas que estamos enfrentando, será necessária uma energia claramente definida, para a qual precisamos dispersar núcleos pesados. Para esse fim, escolhemos “ouro em ouro”, o que é mais fácil tecnologicamente. Acelera e simplifica significativamente o processo de implementação do projeto, o fato de o colisor ser criado com base no Nuclotron existente e em funcionamento. As capacidades do NICA nos permitirão realizar pesquisas em duas direções: estudar o programa iônico pesado, tentar atingir a densidade máxima da matéria bariônica e ver o que vem dela e, ao mesmo tempo, estudar uma direção igualmente interessante - a física dos spin ", explicou Kekelidze.Experimento BM @ N para estudar matéria bariônica no Nuclotron
Colisões de íons pesados de alta energia oferecem oportunidades únicas para o estudo das propriedades da matéria nuclear em condições extremas. Um dos principais problemas da astrofísica moderna é uma descrição dos mecanismos de formação e estabilidade das estrelas de nêutrons, bem como dos processos que ocorrem durante as explosões de supernovas. Além disso, a equação do estado da matéria nuclear superdensa pode ser obtida apenas com base em dados experimentais de colisões núcleo-núcleo.Uma das mais intrigantes é a previsão de uma restauração parcial da simetria quiral na matéria nuclear densa, observada por mudanças significativas nas propriedades dos hádrons (massas e vida útil) sob a influência da densidade nuclear. No entanto, a falta de dados experimentais precisos para energias de colisão da ordem de vários GeV por núcleon atualmente dificulta a escolha de um dos cenários de modificação propostos. Na colisão de núcleos relativísticos, nasce um grande número de partículas com estranheza (mesons K e Λ-hiperons). No processo de interação secundária dessas partículas com os núcleons do meio, é possível a formação múltipla de hiperons e hipernúcleos em cascata. Um estudo do nascimento de hipernúcleos esclarecerá as importantes propriedades do potencial de interação hiperonucleon e hyperon hyperon no meio. Além disso,Os estudos planejados têm um potencial significativo de descoberta, uma vez que os dados sobre hipernúcleos duplos são extremamente escassos hoje.O programa de física de íons pesados no Nuclotron envolve o desenvolvimento das seguintes áreas de pesquisa: estudando a equação do estado da matéria nuclear e a dinâmica das colisões nucleares, estudando as propriedades dos hádrons em um meio denso, estudando o nascimento dos hyperons em cascata próximos ao limiar e o nascimento dos hipernúcleos.Uma participação significativa nas estatísticas coletadas serão as reações p + p, p + n (d), necessárias para normalizar os dados nas colisões A + A.
Fig. 1. O esquema do experimento BM @ NOs experimentos permitirão aos cientistas estudar a distribuição de hádrons em velocidade, ângulo azimutal, momento transversal, estudar flutuações e correlações de hádrons no evento. Na Fig. 2 (veja abaixo) apresenta a configuração experimental. O detector BM @ N é representado por um sistema de trilhos, um sistema de tempo de voo para identificar partículas carregadas e detectores para determinar parâmetros de colisão. O sistema de trilhos consiste em um conjunto de detectores GEM (multiplicadores de elétrons gasosos) localizados dentro do ímã de análise (campo máximo de 0,8 T), bem como em câmeras Cathode Pad (CPC) e drift (DCH) atrás do ímã. Para uma separação eficiente de partículas, são projetados detectores de tempo de voo (TOF1,2) baseados na tecnologia mRPC (câmaras resistivas de placas multigap) com leitura de tira.Os parâmetros desses detectores permitem identificar partículas de até pulsos da ordem de vários GeV / c. O calorímetro de ângulo zero (ZDC) é projetado para determinar o parâmetro de impacto da colisão (centralidade), medindo a energia dos fragmentos de partículas do feixe. Também está planejado restaurar a centralidade da interação independentemente das medições de energia dos fragmentos de partículas do alvo no detector de recolhimento (Recoil), sobrepondo parcialmente o hemisfério traseiro (-1 <η <1.2).parcialmente sobreposta ao hemisfério traseiro (-1 <η <1.2).parcialmente sobreposta ao hemisfério traseiro (-1 <η <1.2).
Fig. 2. O módulo detector GEM no feixe de teste NuclotronDeve-se observar que os detectores GEM para o experimento BM @ N são criados pela equipe JINR usando os desenvolvimentos do CERN. A amostra experimental do detector GEM já passou no controle de teste durante a sessão no feixe de prótons Nuclotron em fevereiro de 2014. (Fig. 2) e em todos os testes confirmou a estabilidade operacional e a eficiência do registro.As características BM @ N da reconstrução do hiperão usando informações de faixa de um detector GEM são mostradas na Fig. 3. A qualidade da identificação dos hiper-hyper por massa invariável permanece alta, mesmo em eventos com alta multiplicidade de partículas (nas chamadas interações Au + Au centrais).
Fig. 3. Distribuição de massa invariável para pares de prótons e π-mésons reconstruídos em colisões centrais Au + Au a 4,5 GeV / nucleon.
Hilac.Segundo os cientistas, o acelerador linear de íons pesados da NIKA ajudará a revelar a estrutura do Universo e os princípios subjacentes às suas forças e fenômenos fundamentais: buracos negros, matéria escura, energia escura, "buracos de minhoca", dimensões extras.“Quando você sabe como a matéria foi formada, como a matéria foi formada, como foi formada, é possível prever o que acontecerá com esse assunto, como ele se desenvolverá mais, como se deteriorará e, finalmente, como morrer. Em geral, essas são as questões fundamentais que fornecerão a chave para a compreensão da evolução do nosso Universo ”, Grigory Trubnikov compartilha sua opinião.Os parâmetros da configuração criada nos permitirão atingir uma densidade ultra alta de matéria, alta energia, para estudar o comportamento de muitas partículas diferentes, o que abre oportunidades sem precedentes para resolver vários problemas aplicados. A terapia com carbono será reabastecida com novos conhecimentos, será possível estudar os processos de transmutação de resíduos radioativos e novas abordagens para a produção de energia.Segundo Kekelidze, o projeto NICA será implementado usando as tecnologias e materiais mais avançados, o que proporcionará ao acelerador russo uma vantagem na velocidade de recebimento de informações sobre colisões de partículas de 100 a 1000 vezes, em comparação com seu antecessor e o principal concorrente - o acelerador RHIC em Brookhaven, EUA.“Inicialmente, os cientistas planejam reunir não apenas íons, mas também íons e prótons, outras partículas elementares e núcleos de luz. Isso permitirá que você acumule dados primários, determine os pontos de partida e entenda onde e como seguir em frente. Tais estudos atraem a atenção não apenas dos físicos nucleares, mas também dos teóricos que estudam como o Universo nasceu e os processos que ocorrem nas entranhas de aglomerados superdensos de matéria - estrelas de nêutrons e outros objetos degenerados do espaço ”- o físico está convencido.Situação atual
Os principais especialistas internacionais participam do projeto NICA, implementado com base no JINR. E é muito importante que o projeto seja na Rússia, e não no exterior, e crie oportunidades únicas para o desenvolvimento do potencial científico doméstico, empregos com perspectivas brilhantes para o desenvolvimento de gerações de físicos russos.Kevelidze observou que a implementação do projeto NIKA está em total conformidade com o cronograma. Os eventos dos últimos três anos relacionados à situação política praticamente não tiveram efeito no projeto, que foi implementado inicialmente, além de cientistas russos, por especialistas da Bielorrússia, Ucrânia, Cazaquistão, Bulgária e Alemanha. No total, a lista de países participantes hoje inclui 24 países; o custo atual do projeto, segundo Kekelidze, é estimado em US $ 545 milhões.Até certo ponto, as maneiras de superar os problemas associados aos eventos na Ucrânia eram complicadas e, em primeiro lugar, os esquemas de logística se tornaram mais complicados. Ao mesmo tempo, a Ucrânia continua participando ativamente do projeto, embora sejam esperados certos problemas com contribuições, segundo Kevelidze. Recentemente, a fábrica de Kramatorsk, acrescentou, forneceu parte do equipamento necessário. 85-90% da comunidade científica da Ucrânia, distanciou-se dos eventos atuais e continua a manter contatos com colegas russos. Eles praticamente não sentiram nenhuma sanção ocidental no JINR, estão muito mais pressionados pelos embargos que foram adotados na década de 1950 durante a Guerra Fria. Ao mesmo tempo, existem maneiras e meios de contorná-los - “alugar” produtos acabados em vez de comprar matérias-primas, etc. E os colegas europeus, segundo Kekelidze,tenha um interesse ativo em encontrar esses caminhos.Em 2016, está planejado o início de um conjunto de dados físicos no experimento BM @ N. O trabalho ativo continua na criação de elementos detectores, na atualização do canal do feixe, na otimização dos parâmetros de instalação usando os métodos de simulação de Monte Carlo.Resumo: OInstituto Conjunto de Pesquisa Nuclear (Dubna, Rússia) foi fundado em 1956, com base no Instituto de Problemas Nucleares da Academia de Ciências da URSS. Foi em Dubna que o primeiro acelerador de prótons do mundo, o síncrofasotron, foi criado. O instituto possui 7 laboratórios. As principais áreas de pesquisa são física elementar de partículas, física nuclear e o estado condensado da matéria. Referências nolocal do projeto: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 e U. Mosel, Phys. Rev. C 67, 065202 (2003);R. Rapp, J. Wambach e 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. Procurando uma fase mista QCD na instalação de colisores de íons baseada em Nuclotron (White Paper da NICA). nica.jinr.ru5. Relatório de projeto conceitual da BM @ N.
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