Концептуальный проект эксперимента SPD (Spin Physics Detector), одного из основных сегментов мегасайенс проекта NICA, был представлен в начале года на 54-й сессии Программно-консультативного комитета по физике частиц. Начальник научно-экспериментального отдела встречных пучков Лаборатории ядерных проблем А. В. Гуськов, руководящий проектом SPD, рассказал об обновленной физической программе эксперимента и концепции экспериментальной установки. Доклад был встречен с интересом и воодушевлением. Редакция Еженедельника ОИЯИ попросила Алексея Вячеславовича ответить на вопросы по ходу реализации SPD.

— Коллаборация SPD самая молодая из проектов ускорительного комплекса NICA. Сколько в ней участников сегодня? Какие известные институты решили принять участие?

— На самом деле коллаборация наша еще в процессе создания. Формируются управляющие органы, технический совет, готовится к принятию конституция. Проект подписали свыше 200 ученых из 24 институтов 11 стран, и число участников продолжает увеличиваться. Среди активных участников — ведущие российские научные организации, такие как ИТЭФ, ФИАН, ПИЯФ, а также университеты и научные центры Италии, Польши, Китая, Чехии, Кубы, Чили, Армении, Белоруссии, Украины, Сербии.

— Для чего предназначен SPD?

Общий вид установки SPD

— Экспериментальная установка SPD, которую планируется разместить в одной из двух точек пересечения пучков коллайдера NICA, предназначена для всестороннего изучения спиновой структуры протона и дейтрона. Основное внимание будет уделено изучению их поляризованной глюонной компоненты в реакциях инклюзивного рождения чармониев, открытого чарма и прямых фотонов, а также прочих спинзависимых явлений в столкновениях поляризованных пучков протонов и дейтронов с энергией в системе центра масс до 27 ГэВ и светимостью до 10³² см^-2 с^-1.

— Какие данные планируется получить на установке?

— Посредством измерения соответствующих спиновых асимметрий будут получены данные по корреляциям между направлениями спина протона (дейтрона), его импульса, а также направлением спина, продольным и поперечным импульсами глюонов внутри протона (дейтрона). Функции, описывающие подобные корреляции, являются такими же фундаментальными величинами для адронов, как их масса, заряд, магнитный момент, формфактор и т.д.

На первом этапе работы установки, до достижения проектных светимости и энергии столкновения, основное внимание планируется уделить изучению спиновых эффектов в упругих p-p и d-d рассеяниях, поиску мультипартонных корреляций и новых связанных состояний, исследованию рождения чарма у порога, изучению поляризаций гиперонов и т.д.

— Как физические знания, полученные на SPD, встраиваются в научную картину мира, какие пробелы они будут заполнять?

— Новые данные о спиновой структуре протона и дейтрона, которые будут получены на установке SPD, приблизят нас к пониманию фундаментальных основ квантовой хромодинамики. Возможно, это позволит понять из первых принципов динамику кварков и глюонов внутри адронов, что в настоящее время является одной из главных нерешенных проблем КХД.

Исследования на SPD с использованием поляризованных протонных пучков заполнят кинематический диапазон между измерениями на низких энергиях на ускорителях ANKE-COSY и SATURNE и измерениями на высоких энергиях на коллайдере RHIC и планируемых на LHC экспериментах с неподвижной мишенью. Возможность работать с поляризованными пучками дейтронов в данном диапазоне энергии и вовсе является уникальной.

— Расскажите о структуре детектора — из каких систем он будет состоять, каково их предназначение?

— Экспериментальная установка будет иметь геометрический аксептанс, близкий к 4, продвинутую систему восстановления треков и вершин, а также широкие возможности по идентификации частиц, основанные на современных технологиях. Кремниевый вершинный детектор (VD) обеспечит координатное разрешение при реконструкции вершины лучше 100 µm, что необходимо для реконструкции вторичных вершин распада D-мезонов. Трековая система, основанная на строу-трубках (ST), размещенная в соленоидальном магнитном поле до 1Т, позволит реконструировать поперечные импульсы вторичных частиц с точностью до 2%. Времяпролетная система (PID) с временным разрешением 60 пс обеспечит разделение пионов, каонов и протонов в широком кинематическом диапазоне. Возможное использование черенковских детекторов на основе аэрогеля позволит расширить этот диапазон. За регистрацию фотонов будет отвечать электромагнитный калориметр типа «шашлык» (ECal). Для уменьшения эффектов многократного рассеяния и конверсии фотонов минимизировано количество вещества во внутренней части установки. Мюонная (пробежная) система (RS) предназначена для идентификации мюонов. Она также может служить в качестве грубого адронного калориметра. Пара пучковых счетчиков (BBC) и калориметров нулевого угла (ZDC) будут отвечать за локальную поляриметрию и контроль светимости. Для минимизации возможных систематических эффектов SPD будет оснащен бестриггерной системой сбора данных. Высокая частота столкновений (до 4 МГц) и большое количество каналов электроники определяют высокие требования к системе сбора данных, онлайн-мониторингу, компьютерной системе последующей обработки данных и программному обеспечению для реконструкции и анализа данных.

— В чем принципиальное отличие SPD от MPD?

— Следует отдельно отметить, что детектор SPD по своей функциональности значительно отличается от детектора MPD. Каждая из этих установок оптимизирована для решения своего круга научных задач, и они не могут в полной мере заменить друг друга. Если MPD оптимизирован для работы в условиях большой множественности вторичных частиц и сравнительно невысокой светимости при столкновениях тяжелых ионов, то на SPD при работе с пучками протонов и дейтронов не ожидается большой множественности, однако светимость планируется на несколько порядков выше.

— Какой путь продвижения проекта предстоит пройти, прежде чем начнутся эксперименты? Что будет следующим этапом?

— Следующий шаг в реализации проекта SPD — независимая международная экспертиза представленной концепции детектора и физической программы. В настоящее время формируется соответствующий консультативный комитет, куда войдут всемирно известные специалисты в области спиновой физики и смежных областях. Продолжается также и подготовка технического проекта экспериментальной установки. На это имеется хороший задел: для большинства подсистем предполагаемой установки созданы и проходят испытания прототипы, которые наглядно демонстрируют возможность достижения требуемых параметров. Часть прототипов детекторов и подсистем объединена в тестовый стенд miniSPD, где изучаются их параметры, а также оптимизируется их взаимодействие между собой. В рамках подготовки технического проекта испытания элементов будущей установки будут продолжены на выведенных пучках Нуклотрона в создаваемой специально для этого тестовой зоне SPD.

— Что вы можете сказать о команде, работающей над проектом SPD?

— Команда у нас подобралась квалифицированная и сбалансированная. В проект вовлечены специалисты четырех лабораторий Института — ЛФВЭ, ЛЯП, ЛИТ и ЛТФ. То есть, среди нас есть и экспериментаторы, и теоретики, и ИТ-специалисты. Есть люди, имеющие богатый опыт участия в современных экспериментах сходной тематики как в ОИЯИ, так и в ведущих мировых лабораториях, и есть молодежь, которая активно перенимает их опыт. У нас есть специалисты как по разработке и созданию детекторов, так и по моделированию и анализу данных. Мы активно привлекаем новые кадры. Так, всего полгода назад после длительной работы в зарубежных научных центрах вернулся Александр Юрьевич Корзенёв, который сейчас является техническим координатором SPD. В рамках программы по привлечению в Институт выдающихся молодых ученых к нашей группе присоединился Амареш Датта, который имеет опыт анализа данных поляризованных протон-протонных столкновений в эксперименте PHENIX коллайдера RHIC. В ходе подготовки дипломных проектов к работе привлекаются студенты вузов. Мы дополняем друг друга. Учимся друг у друга. У нас впереди долгий и интересный путь.

Материал подготовила Галина Мялковская
Еженедельник ОИЯИ