Европейские физики работают над детектором для Супер С-тау фабрики

Специалисты Гиссенского университета имени Юстуса Либиха (Германия) участвуют в разработке одной из систем детектора для одного из проектов Академгородка 2.0 — электрон-позитронного коллайдера Супер С-тау фабрика. Германская система идентификации заряженных частиц называется FDIRC (Focusing Detector of Internally Reflected Cherenkov light). Другой вариант системы идентификации, FARICH (Focusing Aerogel RICH), параллельно разрабатывается специалистами ИЯФ СО РАН.

«Система идентификации частиц, — пояснил научный сотрудник Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН Сергей Кононов, — является одной из важнейших систем детектора почти любого современного ускорительного эксперимента. Без такой системы изучение некоторых процессов, измерение их параметров с заданной точностью сложно, а в некоторых случаях и невозможно. Параллельная разработка двух вариантов системы идентификации создает здоровую конкуренцию, но прежде всего, синергию: это сотрудничество по общим задачам, обмен опытом, связями с экспертами и производителями, человеческими и материальными ресурсами. Все это позволяет быстрее и результативнее развивать проект».

Группа физиков из Гиссенского университета присоединилась к проекту Супер С-Тау фабрики в 2018 году и более активно включилась в работу со стартом совместной российско-европейской программы CREMLINplus в начале 2020 года. «На протяжении многих лет наша группа в Гисенском университете работала над детекторами черенковского излучения для эксперимента PANDA Центра по исследованию ионов и антипротонов (FAIR), — отметил Микаэль Дюрен, профессор Гисенского университета имени Юстуса Либиха (на заглавном снимке крайний слева). — Для меня было естественно присоединиться к работе над коллайдером Супер С-тау фабрика, поскольку физические задачи этого проекта в некоторой степени похожи. Однако вызовы, которые ставит перед нами этот проект, гораздо более амбициозные, поскольку статистическая точность в Супер С-тау фабрике будет намного выше, чем в PANDA, а значит, технические требования к детектору также очень высокие».

Как отметил Сергей Кононов, оба варианта системы идентификации частиц являются детекторами черенковских колец (Ring Imaging Cherenkov counter – RICH), которые предназначены для измерения черенковского угла, рождаемого в прозрачной среде при прохождении в ней заряженной частицы. Черенковский угол зависит от скорости частицы и от показателя преломления среды. В детекторе типа RICH с помощью некоторых оптических схем формируется изображение кольца (или дуг кольца) из нескольких десятков зарегистрированных фотонов на частицу. По радиусу кольца (дуг) можно определить черенковский угол и, следовательно, скорость частицы. Измеряя скорость, а также импульс частицы в трековой системе детектора, можно определить массу и, следовательно, тип частицы.

 

Аэрогель. Фото Светланы Ерыгиной

«Основное отличие между вариантами FDIRC и FARICH — в радиаторе, то есть материале, в котором регистрируется черенковское излучение, — прокомментировал Сергей Кононов. — В случае FDIRC в качестве радиатора используется синтетический кварц, который имеет показатель преломления 1,47, как у обычного стекла. В детекторе типа FARICH радиатором является аэрогель диоксида кремния. Это высокопористое твердое прозрачное вещество с показателем преломления, варьирующимся от 1,006 до 1,13. Такой аэрогель с наилучшей в мире прозрачностью производят недалеко от ИЯФ, в Институте катализа СО РАН. Оба варианта, FDIRC и FARICH, обладают уникальными преимуществами. Быстрые заряженные частицы в аэрогеле производят черенковское излучение, более слабое и с меньшим черенковским углом, чем в синтетическом кварце. Зато разница в черенковских углах у разного типа частиц с одинаковым импульсом больше в аэрогеле, чем в кварце, и точность измерения черенковского угла (разрешение) выше в аэрогеле. По оценкам, качество разделения частиц в FARICH будет лучше, чем в FDIRC. Однако вариант FDIRC при худшей точности измерения скорости частиц все равно может быть более привлекательным, если его точности достаточно для идентификации частиц во всем диапазоне импульсов, наблюдаемых в эксперименте, так как он значительно дешевле и требует существенно меньше фотонных сенсоров, которые являются самыми дорогими компонентами таких детекторов».

Как отметил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Александр Барняков, помимо Гиссенского университета в рамках проекта CREMLINplus над детектором для Супер С-тау фабрики работают еще несколько европейских организаций. Разработкой опции внутреннего трекера занимаются итальянские физики из институтов LNF-INFN (г. Фраскатти) и Ferrara-INFN (г. Феррара), опцией основного трекера — итальянские физики из институтов Lecce-INFN (г. Лече) и Bari-INFN (г. Бари). Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) подключился к разработке программного обеспечения для описания и моделирования детектора, французские физики из IJCLab-Orsay (прежде LAL, г. Орсэ) участвуют в разработке некоторых элементов ускорителя.

По материалам пресс-службы ИЯФ СО РАН

24.02.2021
Глава СО РАН объяснил ситуацию с зарплатами сибирских ученых

— Состоялась весьма конструктивная встреча заместителя министра...

17.02.2021
Академпарк намерен утроить число резидентов

Как отметила заместитель губернатора Ирина Викторовна Мануйлова,...

15.02.2021
Опубликовано видео цифровой модели СКИФ

Модель представляет цифровой образ всех физических и...