Проекты XXI века

Стенка из аэрогелиевых счетчиков

На коллайдере релятивистских ионов (RHIC) в декабре начинается четвертый по счету сеанс. Надо сказать, что перед запуском этого сверхпроводящего ускорителя ядер на встречных пучках не было недостатков в прогнозах относительно ожидаемых результатов - от самых пессимистичных ("никакой новой физики не будет") до сверхоптимистичных ("все будет совсем по-другому, чем это было на ускорителе SPS в ЦЕРН при энергии, в десять раз меньшей"). В какой-то момент то ли оптимисты перестарались, то ли журналисты их не так поняли, но в прессе промелькнуло сообщение, что на строящемся в Брукхейвенской лаборатории новом ускорителе будет рождена очень злобная черная дыра, которая поглотит землю со всем, что на ней есть, включая ускоритель, который ее породил. Заметим, что американским физикам пришлось приложить некоторые усилия, чтобы погасить в зародыше едва не начавшуюся волну протестов.

Уже в первом сеансе в 2000 году стало ясно, что новая физика на RHIC есть. И одним из самых ярких явлений, которое проявляется уже при энергиях почти вдвое меньших, чем планировалось, оказался так называемый эффект гашения струй ("Jet Quenching"). В газете "Дубна" уже писалось об этом эффекте в заметке Ю.А.Панебратцева. Обычный в таких случаях вопрос о достоверности полученных данных не стоял, так как эффект наблюдался во всех четырех экспериментах, проводившихся на RHIC.

Цель экспериментов на RHIC та же, что и при изучении столкновений тяжелых ядер на SPS в ЦЕРН, а именно - изучение нового состояния ядерной материи. В этом состоянии, называемом кварк-глюонной плазмой, известные нам из курса школьной физики протоны и нейтроны распадаются на составляющие их частицы - кварки и глюоны, которые в свободном состоянии наблюдать нельзя. Эффект гашения струй заключается в том, что из-за сильного взаимодействия в кварк-глюонной плазме число очень быстрых частиц, вылетающих перпендикулярно оси столкновения, оказывается подавленным.

Врезультате первого сеанса стало очевидным, что подавление имеет разную величину для разных сортов частиц. Поэтому в эксперименте PHENIX в конце 2001 года была предложена программа дооснащения установки черенковскими счетчиками с аэрогелиевыми радиаторами для надежного разделения частиц разных сортов. В команду по разработке и созданию такого детектора вошли группы из университета г. Цукубо, из Дубны и из Брукхейвенской лаборатории. Сотрудники дубненской группы уже имели опыт работы с аэрогелиевыми счетчиками, которые использовались в совместных с физиками из университетов городов Нагоя и Миядзаки экспериментах на пучках поляризованных дейтронов ЛВЭ ОИЯИ. Кроме того, пучки нуклотрона позволяли проводить методические исследования по изучению свойств этих счетчиков. Всего, начиная с декабря 2001-го по июнь 2003 года, было проведено три методических сеанса на ускорителе KEK в Японии и два - в ЛВЭ ОИЯИ. Уже к концу 2002 года все принципиальные вопросы решены. Как следствие, было принято решение установить хотя бы часть детектора на полгода раньше, чем это планировалось в проекте.

Дубненская группа отвечала за разработку и изготовление корпусов детекторов. Надо сказать, что эта часть детектора потребовала наибольших интеллектуальных затрат. Как всегда бывает в таких случаях, создатели столкнулись с целым рядом противоречивых требований (технологических, конструкторских, физических и, наконец, финансовых). Жесткий временной график и необходимость установить создаваемую детекторную систему на уже действующей установке со всеми вытекающими отсюда последствиями (начиная от размеров и кончая специфическими требованиями техники безопасности), создавали дополнительные сложности. В какой-то момент казалось, что этого вообще сделать нельзя. Тем не менее, в мастерских ЛВЭ ОИЯИ в начале этого года были изготовлены и доставлены в BNL для испытания два варианта прототипов ячеек. Больше того, стоимость окончательного варианта за счет оригинальных конструкторских решений оказалась в 50 (пятьдесят!) раз ниже, чем стоимость корпусов ячеек на установке BELLE в KEK, где также установлен аэрогелиевый детектор большой площади, который, правда, создавался не один год.

Испытания подтвердили работоспособность счетчиков и позволили выбрать окончательное решение. Заказ на изготовление корпусов был размещен в Опытном производстве ОИЯИ. Надо сказать, что это было единственно правильное решение, - ни в каком другом месте заказ бы не выполнили в такие короткие сроки и с таким высоким качеством, с пониманием относясь к изменениям в конструкции. Из-за сжатых сроков изменения иногда приходилось вносить уже в процессе изготовления. Хочется еще раз поблагодарить руководство Опытного производства и всех сотрудников, принимавших участие в выполнении заказа.

Как бы то ни было, но корпуса были доставлены в срок. Несмотря на то, что рейс, перевозивший их, был на несколько суток задержан в Амстердаме (в это время в Нью-Йорке не было электричества), первая партия груза прибыла в BNL одновременно с грузом из Японии.

Однако беспокойная жизнь дубненской группы на этом не кончилась, впрочем, как и других групп, принимавших участие в изготовлении детектора. Сотрудники группы включились в сборку, стендовые испытания и наладку первой очереди аэрогелиевого детектора. Здесь стоит коснуться специфики экспериментов на встречных пучках. После начала ускорения доступ к установке, которая находится в туннеле, закрывается. Но еще до этого установка должна быть приведена в рабочее состояние. Это означает, что начиненные сложнейшими и хрупкими детекторами многотонные части установки, по размерам превышающей трехэтажный дом, должны быть состыкованы с миллиметровой точностью. При этом большая часть участников коллаборации должна присутствовать, чтобы контролировать сохранность подсистем, за которые они отвечают. Поэтому приходилось работать в жестко регламентированных временных рамках. Проблемы появлялись там, где их в принципе быть не должно. Поскольку это было первое дооснащение установки после ее запуска, а время начала сеанса жестко определено, то многие участники эксперимента живо интересовались текущим состоянием дел. Иногда так специфически, что казалось, будто поговорка "слухами земля полнится" родилась не в России. Как бы то ни было, но первая половина детектора была собрана, перевезена и смонтирована на установке (смотри фото).

Тестовые измерения показывают, что детекторы ведут себя штатно. Остается надеяться, что в ближайшее время будут получены новые данные, проливающие свет на природу нового эффекта гашения струй. И в получении этих данных дубненская группа будет участвовать как полноправный член коллаборации, что отмечалось при технической защите проекта, а также в факсе, направленном директором установки PHENIX в адрес дирекции ОИЯИ.

А.Литвиненко,
руководитель дубненской группы
в эксперименте PHENIX