16 августа завершился 6-недельный набор данных в рамках нейтринной программы по измерению выходов адронов в адрон-ядерных взаимодействиях в эксперименте NA61/SHINE в Европейской организации ядерных исследований (CERN). Накоплена статистика для 11 различных систем с суммарным числом событий более 380 миллионов. Сеанс прошел успешно в том числе благодаря сотрудникам ОИЯИ, участвующим в эксперименте: ими была разработана и введена в эксплуатацию новая времяпролетная система идентификации заряженных частиц.

NA61/SHINE представляет собой эксперимент с фиксированной мишенью на суперпротонном синхротроне (SPS) в CERN. В эксперименте изучаются конечные состояния адронов, возникающие при взаимодействии различных частиц (от адронов до ядер свинца) с импульсами протонов до 400 ГэВ/с и импульсами ядер 13A—150A ГэВ/c. Около 135 физиков из 14 стран и 35 институтов в настоящее время работают в эксперименте NA61/SHINE. Активное участие в эксперименте принимает группа сотрудников из ОИЯИ (руководитель группы – профессор Малахова А.И., заместители Зайцев А.А. и Дмитриев А.В.).

Пример события столкновения ядра Xe с импульсом 150А ГэВ/с на фиксированной мишени из лантана. Фото © CERN

Основными направлениями экспериментальной программы с 5 июля по 16 августа являлись измерения взаимодействий пучковых адронов K⁺, π⁺ и p c импульсами 60—120 ГэВ/c на мишенях из титана и углерода. За время сеанса ученым удалось накопить статистику для 11 различных систем – с суммарным числом событий более 380 миллионов.

Как отмечают исследователи, измерения выходов адронов в адрон-ядерных взаимодействиях играют ключевую роль в улучшении расчетов по предсказанию начального нейтринного потока в экспериментах по изучению осцилляций нейтрино в J-PARC и Fermilab.

«Значения энергий налетающих частиц, а также взаимодействующие системы выбраны, чтобы повторить условия рождения нейтринного пучка в эксперименте DUNE, планируемого на базе ускорительного комплекса Национальной лаборатории им. Энрико Ферми в США, – комментирует результаты сеанса старший научный сотрудник Научно-экспериментального отдела физики тяжелых ионов Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ Андрей Зайцев. – Так, например, данные по взаимодействию каонов на углероде важны для уменьшения неопределенности в высокоэнергетическом хвосте потока нейтрино, поскольку в нем доминируют нейтрино от распадов каонов. В настоящее время данные о взаимодействии каонов при соответствующих энергиях отсутствуют. Данные по титану позволят дополнительно выделить взаимодействия в защитном корпусе мишени, который будет изготовлен из титана. Протон-углеродные данные позволят улучшить ошибки адронных спектров, полученных на данных 2016—2017 годов».

Ранее в 2022 году была введена в эксплуатацию обновленная установка NA61/SHINE с предельной частотой набора данных в 1.6 кГц вместо 80 Гц. За первый год работы обновленной установки накоплено более 180 миллионов взаимодействий протонов с импульсом 31 ГэВ/c на копии мишени эксперимента T2K (Япония), а также 56 миллионов событий по программе сильных взаимодействий, расширенной исследованием образования D-мезонов в столкновениях ядер свинца при энергии налетающего ядра 150 ГэВ/нуклон.

Сотрудники ОИЯИ разработали и создали для NA61/SHINE 1728-канальное плечо времяпролетной системы на основе многозазорных резистивных плоских камер (MRPC), которое успешно работало в последних двух сеансах.

Кроме участия в самих сеансах и разработки нового оборудования, сотрудники группы ОИЯИ в эксперименте NA61/SHINE также занимаются анализом данных, проводят теоретические исследования в области релятивистских ядерных взаимодействий и компьютерное моделирование эксперимента.