23-24 июля специалисты из Педагогического университета Центрального Китая (CCNU, Ухань) и Научно-технического университета Китая (USTC, Хэфэй) во главе с профессором Сянмин Сун (CCNU) приняли участие в Рабочем совещании по китайско-российскому сотрудничеству в рамках проекта NICA-MPD/ITS, которое проходило в ЛФВЭ ОИЯИ. Мероприятие стало второй очной встречей участников международной команды, работающих над созданием вершинного детектора MPD-ITS. В рамках совещания участники обсудили текущий статус проекта и планы по его развитию.

Целью проекта является создание внутренней трековой системы (ITS) для эксперимента MPD, которая дополнит время-проекционную камеру (TPC). Система предназначена для точного отслеживания, определения импульса и реконструкции вершин распада Λ-, Ξ- и Ω-гиперонов, а также D-мезонов. Детектор будет создан на основе аналогичной технологии кремниевого монолитного активного пиксельного сенсора (MAPS), используемой при модернизации детектора ALICE ITS2 в ЦЕРНе. При этом MAPS и соответствующая считывающая электроника на базе ASIC будет разработана и произведена в Китае, что обеспечит ОИЯИ неограниченный доступ к данной технологии. Сенсор MAPS позволит создать трековую систему, которая способна интегрировать сенсоры и считывающие схемы на одном чипе, а также обеспечивать высокое пространственное разрешение, минимальный вес вносимого на пути частиц вещества и низкое энергопотребление при невысокой стоимости сенсора частиц. Детектор MPD-ITS будет собран в несколько этапов в ОИЯИ и CCNU в тесном сотрудничестве с USTC, Санкт-Петербургским государственным университетом, Институтом современной физики (Ланьчжоу) и Институтом физики высоких энергий (Пекин).

Рабочее совещание состоялось через три недели после объявления Совместного координационного комитета по сотрудничеству ОИЯИ-Китай о том, что проект по созданию монолитного кремниевого детектора для экспериментов на коллайдерах и других применений, представленный организациями, участвующими в проекте MPD-ITS, вошел в число восьми проектов, отобранных экспертами для совместного финансирования ОИЯИ и Министерством науки и технологий Китая.

С приветственным словом к участникам мероприятия обратился заместитель директора Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ Дмитрий Пешехонов, подчеркнувший важность научного сотрудничества Китая и Объединенного института.

Первый день совещания был посвящен рассмотрению статуса и задач основных этапов проекта. Валерий Кондратьев (СПбГУ) представил результаты компьютерного моделирования оценки качества трековой системы MPD (TPC + ITS), состоящей из шести слоев сенсоров MAPS и ионопровода диаметром 40 мм, при реконструкции распадов очарованных частиц, образующихся в столкновениях ядер золота при энергиях NICA. Моделирование продемонстрировало возможность идентификации D-мезонов в центральных столкновениях ядер висмута при энергиях √^SNN = 11 ГэВ, что указывает на возможность изучения физики тяжелых ароматов на установке NICA-MPD.

Начальник научно-методического отдела кремниевых трековых систем ЛФВЭ ОИЯИ Юрий Мурин доложил о статусе производства специального девятиметрового инсталляционного контейнера, который будет использоваться для установки тонкостенного бериллиевого ионопровода MPD, ITS и всех ее электрических и сервисных компонентов, а также двух детекторов времени реакции (FFD) в жерло TPC с точностью 4 мм. Конструкция контейнера, строительство которого планируется завершить к концу этого года, была показана на ее текущем месте сборки. Также был представлен отчет о состоянии автономной «бестечевой» системы охлаждения, испытания которой начнутся в начале следующего года.

Лэ Сяо (CCNU) сообщил о результатах научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию китайских сенсоров MAPS, получивших название MICA. Первые 150 единиц, изготовленных по CMOS-техпроцессу 130-нм, в настоящее время проходят испытания. Ожидается, что полная диагностика текущей версии чипа будет завершена к ноябрю этого года.

Цзяньцзюнь Цинь (USTC) рассказал о ключевых этапах разработки и производства считывающей электроники для внешнего цилиндра MPD-ITS, включая считывающий модуль на основе FPGA (F-RU) и источник питания, первые прототипы которых уже изготовлены и протестированы. В своем выступлении он также сообщил о статусе разработки электроники NICA_ROC ASIC, базирующейся на микросхемах ASIC, которая будет использоваться для производства считывающего устройства на основе ASIC (A-RU). Основными задачами при разработке считывающей электроники являются обеспечение высокоскоростной передачи данных, предварительной обработки в режиме реального времени и высокой надежности работы в полях с повышенной радиационной нагрузкой.

Ди Го (USTC) принял участие в работе совещания удаленно, представив доклад об исследованиях и разработках других микросхем ASIC, используемых для производства чипа A-RU. В том числе, речь шла о чипах NICA_GBT, для которых разрабатываются цифровые цепи с функциями кодирования и декодирования, а также цепь управления фазой тактовой частоты. Цепь управления фазой данных (Phase Aligner) в настоящее время находится на стадии тестирования. Трансимпедансный усилитель (NICA_TIA) и лазерный драйвер (NICA_LD), составляющие оптический модуль считывания, прошли этапы проектирования и тестирования. Планируется дальнейшая оптимизация их окончательных версий.

Дмитрий Дементьев рассказал о возможностях ОИЯИ в организации испытаний чипов MICA на пучках вторичных легких меченых фрагментов ядер-снарядов, бомбардирующих мишени установки BM@N, а также при облучении их протонами (200 МэВ и 1 ГэВ) на установке СЦ-1000 ПИЯФ в Гатчине. В ПИЯФ специалисты ОИЯИ и СПбГУ провели тестовое облучение на комбинированном телескопе на основе датчиков MAPS и DSSD, тем самым успешно испытав систему считывания данных MAPS и специализированного программного обеспечения, разработанного в ОИЯИ. Это позволяет использовать ту же механику и систему сбора данных для будущих пучковых испытаний чипов MICA.

В завершение Япин Ванг (CCNU) и Алексей Шереметев (ОИЯИ) сообщили о готовности к сборке модулей и супермодулей в CCNU и ОИЯИ. Они также осветили проблемные вопросы логистики обмена материалами между организациями, которые необходимо решить на этапе серийного производства.

Второй день совещания прошел в формате круглого стола, в ходе которого обсуждались планы, сроки и основные этапы совместной работы. Для организации сотрудничества в рамках проекта MPD-ITS было принято решение создать консорциум NICA MPD-ITS, работа которого продлится пять лет. Координационным центром в Китае выступит CCNU, а в Российской Федерации – ОИЯИ. Председателем со стороны ОИЯИ стал Юрий Мурин, его заместителем выступит Сесар Себаллос Санчес. В ближайшее время будут определены лица, которые займут аналогичные должности с китайской стороны Консорциума. Будет также определен представитель с каждой стороны, ответственный за контроль над выполнением проекта и принятие решений. Для обсуждения прогресса на разных этапах деятельности Консорциума будут организованы очные совещания, которые будут проходить минимум раз в год. Стороны также обсудили правила присуждения авторства докладов и представления результатов работ на конференциях, а также вопросы обмена кадрами.

В завершение совещания участники ознакомились с научной инфраструктурой ЛФВЭ, посетив лабораторию для сборки модулей ITS, фабрику сверхпроводящих магнитов, сборочную площадку детектора TPC, а также все экспериментальные площадки ускорительного комплекса NICA и саму установку MPD, где китайским гостям экспертами ЛФВЭ было детально рассказано о характеристиках создаваемых устройств и текущем состоянии данных объектов инфраструктуры ОИЯИ.

Обе стороны отметили насыщенность и продуктивность двух дней совещания. Данный опыт подчеркивает, что очные встречи в рамках международных проектов предоставляют платформу для быстрого, но в то же время подробного обсуждения актуальных вопросов и для своевременного принятия необходимых решений. Первое подобное совещание состоялось 15-16 июня 2023 года в Ухане. Следующее совещание также планируется провести в Китае в 2025 году.