Горизонты научного поиска

Проект BM@N: изучение барионной материи

Исследование свойств ядерной материи в экстремальных условиях - одно из наиболее интенсивно развивающихся направлений современной физики. Эксперименты по столкновению тяжелых ионов, в которых создаются условия сверхвысоких температур и плотностей, интенсивно ведутся или планируются в различных научных центрах Европы и США. Интерес к таким исследованиям обусловлен тем, что в ходе этих экспериментов воссоздаются условия Большого взрыва в различные моменты времени, что необходимо для понимания эволюции Вселенной.

Нуклотрон в этом смысле - уникальный ускоритель, так как диапазон его энергий позволит достичь ядерных плотностей в 3-4 раза больших, чем плотность обычной ядерной материи. Измерение выходов мультистранных барионов и антиматерии при данных условиях позволит существенно улучшить наше понимание состояния и свойств ядерной среды при больших плотностях. Данные исследования имеют прямое отношение к эволюции таких астрофизических объектов, как нейтронные звезды. Не менее интересный эффект, который может наблюдаться при энергиях Нуклотрона, связан с возможностью нахождения ядерной материи в состоянии, когда составляющие нуклоны кварки находятся практически вплотную друг к другу. Такое состояние должно обладать свойствами, отличными как для обычной ядерной материи, состоящей из нуклонов и мезонов, так и для кварк-глюонной фазы материи.

На изучение ядро-ядерных (вплоть до "золото-золото") столкновений при больших плотностях и направлен эксперимент BM@N (Baryonic Matter at Nuclotron). Впервые идея эксперимента была предложена физиками ОИЯИ и GSI (Дармштадт, Германия) на рабочем совещании, проходившем в ноябре 2010 года. Ключевую роль в подготовке предложения совместного ОИЯИ-GSI эксперимента на Нуклотроне сыграли директор ЛФВЭ профессор В.Д.Кекелидзе, директор GSI профессор Х.Штокер, профессор А.С.Сорин и профессор П.Зенгер. Идея состоит в использовании сверхтонких кремниевых микростриповых детекторов большой площади для регистрации распадов короткоживущих мультистранных барионов. Данные детекторы успешно создаются для трекеров двух больших установок: CBM на FAIR (Германия) и MPD на NICA (Россия) в рамках сотрудничества, возглавляемого Ю.А.Муриным и Й.Хойзером со стороны ОИЯИ и GSI соответственно. Детекторы для идентификации частиц, определения плоскости реакции и центральности взаимодействия будут изготовлены на основе технологий, хорошо развитых в ОИЯИ и России. Кроме того, в эксперименте будут использованы высокоточные дрейфовые камеры большой апертуры, ранее использовавшиеся в эксперименте NA48 в ЦЕРН и доставленные в ЛФВЭ в 2010 году. Высокая интенсивность взаимодействий (до 100 тысяч в секунду) и большая множественность заряженных частиц в каждом событии потребуют высокой скорости обработки, применения алгоритмов, основанных на эффективном использовании современных многоядерных процессоров. Данное направление успешно развивается в рамках сотрудничества ЛИТ - Гёте Университет (Франкфурт-на-Майне) под руководством директора ЛИТ профессора В.В.Иванова и профессора И.В.Киселя, результаты исследований будут применены для селекции и обработки данных экспериментов BM@N и CBM.

Предложение нового эксперимента, в котором выразили желание участвовать физики из Белоруссии, Болгарии, Германии, Молдовы, России, Румынии, Словакии, Украины и Франции, было представлено на ПКК в январе 2012 года профессором П.Зенгером и автором этих строк. Эксперимент получил всестороннюю поддержку, и была дана рекомендация подготовить конкурентоспособный технический проект.

В ходе подготовки и реализации проекта в 2011-2012 гг. под руководством П.А.Рукояткина и И.Я.Нефедьева были восстановлены магнитные элементы канала 6В в экспериментальном корпусе 205, где планируется проведение эксперимента BM@N. В результате выполнения методических работ на сеансах Нуклотрона в декабре 2011 года и марте 2012-го в зону BM@N эксперимента были успешно транспортированы пучки углерода и дейтронов с энергиями и пространственными параметрами, необходимыми для успешной реализации экспериментальной программы. В настоящее время ведутся интенсивные проектные работы по подготовке экспериментальной зоны к использованию высокоинтенсивных пучков тяжелых ионов и расширению апертуры анализирующего магнита, что позволит существенно увеличить скорость набора данных. Ведется проработка концепции детекторов, регистрирующей электроники, систем контроля и сбора данных, а также моделирование физических процессов.

На снимке: участники подготовки экспериментальной зоны для BM@N проекта во время 44-го сеанса Нуклотрона в декабре 2011 года. Слева направо: В.П.Ладыгин, А.А.Терехин, А.Ю.Исупов, С.Г.Резников, П.К.Курилкин и С.М.Пиядин.

Реализация эксперимента мирового уровня на одной из базовых установок ОИЯИ Нуклотроне с широким международным участием несомненно даст серьезный импульс развитию физики тяжелых ионов в России. Эксперимент BM@N требует использования современных технологий в области детекторов, электроники и информатики, которые также будут необходимы для создания больших установок на коллайдере NICA. Данный эксперимент при его успешной реализации даст хороший шанс для научной карьеры молодых физиков, часть из которых уже активно участвует на стадии подготовки проекта.

Владимир ЛАДЫГИН, доктор физико-математических наук