Горизонты научного поиска

Эксперимент ALICE: первые результаты, планы на будущее

На заседании 36-й сессии Программно-консультативного комитета по физике частиц были представлены доклады по результатам, полученным в коллаборациях ALICE, ATLAS, CMS на Большом адронном коллайдере. Пользуясь случаем, мы попросили А.С.ВОДОПЬЯНОВА, заместителя директора ЛФВЭ, руководителя коллаборации ALICE, ответить на вопросы корреспондента еженедельника Галины Мялковской.

Александр Сергеевич, в научном сообществе чаще обсуждаются результаты, полученные в экспериментах ATLAS и CMS, а об ALICE упоминают сравнительно редко. С чем это связано?

Я не могу с этим согласиться. Например, в 2011 году участниками эксперимента ALICE было сделано 300 докладов на международных конференциях. В том числе, на крупнейшей конференции по релятивистской ядерной физике "Кварковая материя 2011", проходившей 22-28 мая в городе Анси (Франция) был представлен 41 устный доклад и более 70 постерных докладов, а на конференции "Странность в кварковой материи", проходившей в Кракове (Польша), было представлено 28 устных докладов. В частности, участники группы ОИЯИ - ALICE сделали 3 доклада на конференциях в Старой Лесне (Словакия), Протвино (Россия) и Варшаве (Польша), а также подготовили постер для конференции "Кварковая материя 2011".

В свою очередь коллаборации ATLAS и CMS объединяют около 4000 участников и совместно, естественно, представляют больше докладов на конференциях. Разумеется, первоочередной задачей для этих экспериментов считается поиск бозона Хиггса, как важнейшая задача для теории, которая называется Стандартной моделью. Поэтому понятен повышенный интерес к этим экспериментам, тем более что бозон Хиггса пока не обнаружен.

Сейчас на LHC набрана внушительная статистика данных, и физики занялись анализом. Что представляет собой аналитическая работа для ALICE? Что будет считаться положительным результатом, итогом эксперимента? И чем именно занимаются специалисты ОИЯИ?

Действительно, в 2011 году на установке ALICE было зарегистрировано 700 миллионов событий протон-протонных столкновений при энергии взаимодействия 7 ТэВ, 80 миллионов протон-протонных событий с энергией 2,76 ТэВ и 160 миллионов событий соударений ядер свинца.

У нас есть своя ниша в коллаборации, связанная с анализом данных. Мы исследуем три направления: фемтоскопия, или корреляции тождественных и нетождественных частиц; физика резонансов; так называемые тяжелые кварконии.

Где-то работа идет более успешно, например в области фемтоскопии, у нас здесь достаточно сильные позиции. Скажем, есть раздел исследований бозе-эйнштейновских корреляций для пар заряженных К-мезонов - этой задачей занимаемся только мы, наша группа, и уже есть новые интересные результаты. Итоги нашей работы представлены на нескольких конференциях в прошлом году и сейчас мои коллеги готовят публикацию, что тоже является важным показателем нашего участия.

Что можно сказать о других направлениях?

В других направлениях анализ идет несколько медленнее по объективным причинам, но все равно движется. Например, для анализа данных по рождению векторных мезонов во взаимодействиях свинец-свинец большая статистика была получена только в конце 2011 года.

Помимо анализа данных, все входящие в ЦЕРН коллаборации обсуждают модернизацию детекторной базы ускорителя для работы коллайдера на новых параметрах. Что предполагается делать для ALICE?

Модернизация детекторов связана с модернизацией собственно ускорителя, подготовка к которой уже ведется. В течение 2017 года произойдет замена многих важных элементов коллайдера. Интенсивность сталкивающихся пучков будет существенно увеличена. Практически коллайдер будет выведен на проектные параметры.

Что касается модернизации установок на LHC, в настоящее время по всем экспериментам в коллаборациях подготовлены предложения. В частности, проект модернизации установки ALICE был рассмотрен советом коллаборации 12 января этого года и утвержден. В ближайшее время он будет направлен в комитет по экспериментам на LHC, чтобы этот комитет в марте рассмотрел и утвердил эти предложения.

Что касается нашей группы, то мы предполагаем участвовать в модернизации электроники электромагнитного калориметра под названием ФОС (PHOS). Этот детектор был создан группой, в которую входят научные центры и университеты России, Норвегии, Чехии, Японии и Китая, но ведущий вклад был сделан Россией. ОИЯИ также участвует в этом проекте. Этот калориметр основан на использовании так называемых кристаллов вольфрамата свинца - сцинтилляционного кристалла, который был разработан и изготавливается только в России. Первые годы работы на пучке показали, что можно добиться лучших результатов по получению данных с этого спектрометра. И, главное, увеличить быстродействие в связи с повышением интенсивности пучков коллайдера. Этот аргумент касается и других подсистем установки ALICE.

Каким образом предполагается проводить модернизацию? Опыт каких центров будет использоваться?

В 2017 году начнется модернизация всего комплекса LHC с целью существенного повышения интенсивности пучков, и в этой ситуации многие из детекторов просто не смогут работать, они не подходят для этой интенсивности. И это также одна из причин, почему мы решили взяться за модернизацию электроники. В ЛФВЭ есть довольно сильный электронный отдел, который сделал уже подобные работы для проекта NICA, и мы хотим использовать этот опыт. Конечно, наш вариант электроники будет более сложным, тем не менее очень важно, что мы участвуем в модернизации установки в высокотехнологической области.

Мы хотим получить финансирование начиная с этого года, на 2012-2017 годы. Таким образом, разработка, создание и тестирование прототипов, в том числе на пучке, займет 2-3 года и 4-5 лет потребуется на изготовление, чтобы в 2017 году смонтировать всю электронику, потому что в 2018 ускоритель начнет работать на более высокой интенсивности.

Для справки. ALICE - это экспериментальная установка, созданная для изучения столкновений тяжелых ядер, в частности образуемой при этом кварк-глюонной плазмы. Ее размеры составляют 26 метров в длину и 16 на 16 метров в поперечной плоскости, масса - 10 тысяч тонн. Коллаборацию ALICE составляют более 1300 ученых из 117 институтов 33 стран мира.