Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание сверхвысокочувствительных компонентов супердетектора БАК-би Большого адронного коллайдера ЦЕРН для экспериментальных исследований асимметрии материи и антиматерии в протон-протонных столкновениях

Номер контракта: 14.610.21.0002

Руководитель: Егорычев Виктор Юрьевич

Должность: начальник отделения

Организация: федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Институт Теоретической и Экспериментальной Физики"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
новая физика, редкие распады, физика тяжёлых ароматов, нарушение ср-симметрии, калориметры, трековые детекторы

Цель проекта:
Создание, испытания и лабораторный запуск компонентов детекторных устройств, предназначенных для использования в составе модернизируемых детекторных установок (супердетекторов) Большого адронного коллайдера (БАК), в интересах обеспечения возможности проведения физических экспериментов при максимальных уровнях светимости коллайдера в рамках реализации сотрудничества Российской Федерации с Европейской организацией по ядерным исследованиям (ЦЕРН).

Основные планируемые результаты проекта:
Основной целью супердетектора БАК-би является получение новых данных о свойствах вещества и антиматерии, проверка основных положений Стандартной модели, изучение сильных и электрослабых взаимодействий элементарных частиц, поиск новых частиц и явлений за рамками Стандартной модели.
Российские ученые принимают участие в супердетекторе БАК-би с первых дней создания международного сотрудничества и внесли решающий вклад в со-здание этой уникальной мегаустановки, не имеющей аналогов в мире. Естественным продолжением деятельности участников сотрудничества БАК-би является участие в модификации установки. К работам по предстоящей модификации элементов детек-торов БАК предлагается подключить те институты и предприятия, которые участвовали в его создании.
Одним из наиболее важных вопросов в модернизации супердетекторе БАК-би является замена трековой системы. Планируется сильно расширить зону внутренне-го трекера и сделать его на основе модулей, собранных из длинных сцинтилляционных волокон диаметром 250 микрон. Сигнал с волокон будет считываться крем-ниевыми фотоумножителями. Подобная технология, ранее не применявшаяся, имеет ряд преимуществ, к числу которых относятся высокая точность определения траектории частицы, большая площадь детектора при минимуме посторонних элементов в аксептансе, приемлемые ценовые параметры. Возможные применения этой технологии выходят за рамки физики высоких энергий.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В ходе выполнения проекта будут решены следующие задачи:
- разработка научно-технической документации, создание и испытания лабораторных и экспериментальных образцов для:
• нового трекеров на основе сцинтилляционных волокон;
• новых многопроволочных камер мюонного детектора;
• детектирующих элементов на основе калориметрической информации.
- Исследования и разработки компонентов трековой системы эксперимента БАК-би для проведения физических экспериментов при максимальных уровнях светимости БАК.
- Исследования и разработки компонент мюонного детектора эксперимента БАК-би в целях обеспечения проведения экспериментов в условиях максимальной светимости БАК.
- Исследования и разработки компонент калориметрической системы эксперимента БАК-би в целях обеспечения проведения экспериментов в условиях максимальной светимости БАК.
Среди наиболее перспективных направлений фундаментальных и прикладных исследований в рамках данного проекта можно выделить три наиболее актуальных:
1. Разработка технологии создания детекторов для экспериментов физики высоких энергий и ядерной физики, в которых происходит транспортировка светового сигнала с помощью оптических волокон:
• транспортировка света из органических сцинтилляторов спектросмещающим волокном – системы идентификации большого размера;
• детектирование света сцинтилляционных волокон – трековые детекторы;
• детектирование света неорганических сцинтилляционных волокон – новые типы электромагнитных калориметров типа «шашлык»;
2. Улучшение систем детектирования элементарных частиц на основе информации от калориметрической и мюонной систем;
3. Проведение фундаментальных исследований, имеющих целью обнаружение физических эффектов за пределами Стандартной Модели в так называемых непрямых поисках Новой физики.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В ближайшие годы ключевой задачей супердетектора БАК-би будет являться не только получение новых знаний и продолжение набора статистики, но и улучшение технических характеристик спектрометра. Прогресс в изучении редких процессов невозможен без развития новых методов точного восстановления траекторий частиц в условиях высокой светимости. Наиболее перспективной в этом отношении является технология детекторов на основе новых сцинтилляционных материалов, при этом считывание сигнала происходит с помощью кремниевых фотоумножителей. Подобная методика имеет ряд преимуществ, к числу которых относятся высокая позиционная точность, большая площадь детектора при минимуме посторонних элементов в аксептансе, небольшая масса и низкое собственное энергопотребление детектора, приемлемые ценовые параметры. Это даёт веские основания полагать, что будущие применения этой новой технологии выйдут далеко за рамки физики высоких энергий. Малая масса и энергопотребление детекторов играют центральную роль в астрофизических экспериментах. Возможность работать с неплоской геометрией активных поверхностей важна для прикладных задач томографии на космических мюонах. Интересно также потенциальное применение в биомедицинской проблематике. Важно подчеркнуть, что в настоящее время ни один научный или промышленный центр в мире не владеет такой технологией.

Текущие результаты проекта:
На этапе №2 в 2015 г. были выполнены следующие работы:
- создан промежуточный отчет с обоснование оптимальных вариантов создания усовершенствованных детекторных устройств в обеспечение перспективных направлений физических исследований на модернизированном супердетекторе БАК-би;
– созданы рабочие проекты испытательных стендов для проверки оптических и механических свойств компонентов оптико-волоконного трекера и проведены акты приёмки испытательных стендов;
- разработана программа и методика испытаний элементов системы высоковольтного питания, создана техническая документация на элементы стендового оборудования, созданы рабочие проекты испытательных стендов и проведены акты приёмки эле ментов испытательных стендов;
- разработана программа и методика испытаний электронных компонентов калориметрической системы, создан протокол испытаний;
– разработана программа и методика испытаний образца интерфейсного модуля и создан протокол испытаний.
На этапе №3 в 2015 г. были выполнены следующие работы:
- создан промежуточный отчет с обоснованием требований к содержанию программ и методик экспериментальных исследований лабораторных образцов компонентов усовершенствованных детекторных устройств супердетектора БАК-би;
- созданы стенды контроля качества и мониторирования параметров производства компонентов трекера, включая стенд изучения пространственного разрешения и однородности субмодуля;
- разработано и создано стендовое оборудования для исследования компонентов мюонной системы, включая стенд контроля однородности газового усиления с использованием радиоактивных источников и вторичного космического излучения и стенд измерения рабочих характеристик лабораторных образцов мюонных камер с помощью протонных пучков, получаемых в канале синхроциклотрона;
- произведена модернизация программного обеспечения мониторной системы калориметрической системы;
разработан прототип тестовых стендов интерфейса медленного контроля.