| Аннотация |
Проект NICA (Nuclotron based Ion Collider facility) является самым крупным в истории современной России мегасайенс проектом в области ускорительной физики частиц, который в настоящее время реализуется в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в г. Дубна. В 2023 году был введен в эксплуатацию инжекционный комплекс коллайдера NICA, а в рамках эксперимента BM@N (“Барионная Материя на Нуклотроне") был проведён первый физический цикл, в котором было набрано порядка 500 млн столкновений Xe+Cs(I) при энергии 3.8 А ГэВ.
Коллайдер NICA и экспериментальная установка MPD ("Многоцелевой Детектор") находятся на завершающей стадии строительства, с ожиданием первых пучков тяжелых ионов на коллайдере в 2025-2026 годах. Эксперимент SPD ("Детектор спиновой физики") на коллайдере NICA находится в стадии разработки и проектирования. Закончено сооружение выведенных каналов в рамках создания инфраструктуры прикладных исследований ARIADNA. При экстремально больших температурах и плотностях энергии образуется новое состояние вещества кварк-глюонная материя (КГМ). Об открытии КГМ в столкновениях ионов золота при энергии 200 ГэВ/нуклон на коллайдере RHIC (БНЛ) было объявлено в 2005 году. Поиск сигналов деконфайнмента, фазового перехода первого рода и критической точки сильновзаимодействующей материи является основой для программ сканирования по энергии столкновения ядер в современных экспериментах на высокоинтенсивных ускорителях. Особый интерес у экспериментаторов и теоретиков вызывает малоизученная область энергий ядро-ядерных столкновений от 2 до 11 ГэВ/нуклон, которая будет реализована на ускорителе NICA. Это позволит получить предельно достижимые в лабораторных условиях барионные плотности превышающих нормальную ядерную материю в 4-10 раз, которые сравнимы с параметрами ранней Вселенной.
Исследование свойств материи при больших барионных плотностях является одной из ключевых научных задач международных экспериментов: BM@N и MPD. Ожидается, что возможность изучать столкновения различных ядерных систем на комплексе NICA значительно расширит результаты программы сканирования по энергии на коллайдере RHIC, которая закончилась в 2021 году. После закрытия RHIC, NICA будет единственным центром в мире по изучению столкновений релятивистских тяжелых ионов в области энергий 2-11 ГэВ. В рамках данной работы свойства плотной кварк-барионной среды, образующейся в столкновениях ядер на комплексе NICA, будут исследоваться через изучение электромагнитных сигналов (прямые фотоны) и азимутальных коллективных потоков идентифицированных адронов. Эти направления исследований были выбраны как наиболее перспективные, доказавшие свою эффективность при изучение ядерных столкновений в области больших энергий.
Точное отображение трехмерной структуры нуклона, включая глюоны, валентные и морские кварки, имеет решающее значение для понимания КХД. Одним из способов выйти за рамки обычного коллинеарного приближения является описание нуклонного состава в импульсном пространстве с использованием так называемых поперечных импульсно-зависимых функций распределения партонов (TMD PDF). Наиболее мощными инструментами для изучения TMD PDF являются измерения спин-зависимых азимутальных асимметрий нуклонов в полуинклюзивных экспериментах по глубоконеупругому рассеянию (SIDIS) и процессах Дрелла–Яна. Из-за быстрого роста с энергией столкновений плотности глюонов в адронах, глюоны играют ключевую роль в понимании глубоконеупругого рассеяния и адронных столкновений при высоких энергиях. Определение глюонной структуры в протоне и дейтроне является важным вкладом в понимание спиновой структуры адронов и основ КХД. Основной целью эксперимента SPD на коллайдере NICA является получение новой информации о поперечных импульсно-зависимых партонных функциях распределения (TMD PDF) в протоне и дейтроне путем измерения одно- и двухспиновой асимметрий.
Несмотря на большое количество экспериментальных измерений и теоретическое понимание TMD кварков (функции Сиверса и поперечное распределение спина), информация о глюонных TMD PDF практически отсутствует. Это делает измерения на SPD чрезвычайно актуальными. С целью уменьшения систематической погрешности на измерениях односпиновой асимметрии, возникающей вследствие поляризации пучка, локальная поляриметрия в SPD является важным инструментом, который будет использоваться постоянно на основе данных мониторинга с пучковых счетчиков. Одним из инструментов контроля поляризации протонных пучков являются измерения азимутальной асимметрии инклюзивного рождения заряженных частиц при столкновении поперечно поляризованных протонных пучков. Этот метод был успешно использован в эксперименте STAR в RHIC, где для этой цели используются два пучковых счетчика Beam-Beam Counter (BBC). Величина эффективной анализирующей способности (A_{N}) для инклюзивного рождения заряженных частиц, достигнутая STAR при энергии центра масс 200 ГэВ, составляет около 10^{−2}. При энергиях NICA A_{N} должно принимать значение лучше указанного из-за большей анализирующей способности для упругого протон-протонного рассеяния. Таким образом,
предлагаемый для эксперимента SPD детектор BBC будет использоваться для локальной поляриметрии в SPD. Также планируется моделирование, которое позволит определить возможности детектора SPD в рамках протон-протонной и ион-ионных программ, и расширить программу его физических исследований.
В 2021, в рамках выполнения программы прикладных исследований ARIADNA, был осуществлен пуск первой станции «СОЧИ» (Станция облучения чипов) для облучения декапсулированных микросхем, то есть микросхем со вскрытым корпусом. Импульсный характер работы ускорительного комплекса может приводить к искажению получаемых результатов из-за наложения одиночных радиационных эффектов и эффектов мощности дозы, а также ограничениями, связанными с временами развития и регистрации одиночного радиационного эффекта по сравнению с длительностью импульса. Для получения достоверных результатов на станции «СОЧИ» необходимо определить ограничения и выработать рекомендации по проведению исследований цифровых сверхбольших интегральных схем (СБИС) к воздействию тяжелых заряженных частиц по одиночным радиационным эффектам с учетом особенностей работы ускорительного комплекса. Станция «ИСКРА» (Испытательная станция компонентов радиоэлектронной аппаратуры) также будет предназначена для определения радиационной стойкости электронной компонентной базы. Значительное количество современных цифровых СБИС выпускается в корпусах, в которых невозможно обеспечить доступ потока ионов непосредственно на поверхность кристалла при проведении экспериментальных исследований на ускорителях ионов. К ним относятся BGA корпуса с перевернутыми кристаллами, микромодули, многослойные кристаллы и т.п., что делает невозможным применение общепринятых методик по определению стойкости СБИС к воздействию тяжелых заряженных частиц. В связи с широким применением подобных изделий в электронной аппаратуре космических аппаратов и невозможностью дать адекватную оценку показателей стойкости в реальных условиях эксплуатации, актуальной задачей является разработка методик по оценке параметров чувствительности при облучении корпусированных образцов СБИС длиннопробежными ионами без проведения операций декапсулирования. Представляется необходимым на первом этапе решения этой проблемы предложить методы оценки массовой конструкционной преграды для типовых корпусов СБИС. В настоящее время практически все исследования влияния радиационных дефектов, созданных ионным облучением, проводятся при комнатной (или выше) температуре. Вместе с тем, реальные условия эксплуатации сверхпроводящих магнитных систем в ускорительной технике являются сложным комплексом дополнительного влияния различных внешних факторов, таких как низкие рабочие температуры, транспортный ток, фоновое магнитное поле, дополнительные механические нагрузки. Влияние вышеперечисленных факторов на критические характеристики перспективных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), безусловно, требуют проведения тщательных и всесторонних исследований, как экспериментальных, так и теоретических с точки зрения процессов дефектообразования. Разработка, создание специального оборудования для выполнения описанных работ, а также непосредственное проведение исследований, является актуальной задачей.
Реализация комплексной программы исследований на установках комплекса NICA невозможна без стабильной работы ускорительного комплекса. В ходе последних сеансов работы инжекционного комплекса NICA было выявлено большое количество проблем, связанных с дальнейшей эксплуатацией основного инжектора «Нуклотрона» - линейного ускорителя с трубками дрейфа ЛУ-20. Данный ускоритель запущен в ОИЯИ более 40 лет назад и к настоящему времени многие его системы серьезно изношены. В связи с этим, в данное время рассматривается возможность замены ЛУ-20 на новый инжектор со сверхпроводящими резонаторами для ускорения протонов и ионов дейтерия. В связи с отсутствием в России технологий, необходимых для производства сверхпроводящих высокочастотных (ВЧ) ускоряющих резонаторов, была создана новая российско-белорусская коллаборация. Включение в состав ускорительного комплекса создаваемых резонаторов возможно при условии выполнения работ по расчетам динамики ускоряемого пучка и проектированию резонаторов.
Реализация заявленных в проекте задач необходима для подготовки экспериментальных установок на коллайдере NICA к запуску и набору данных, а также подготовки и проведения физических анализов, что, безусловно, является актуальной проблемой и необходимым условием для успешной реализации программ физических и прикладных исследований в экспериментах BM@N, MPD, SPD и ARIADNA на коллайдере NICA.
|
