Во вторник, 15 сентября, в рамках проведения «Дней SPD в Дубне» состоялась первая видеоконференция, посвященная проекту Spin Physics Detector на строящемся в ОИЯИ коллайдере NICA. Физик Алексей Гуськов рассказал Яну Махонину о концепции, текущем состоянии и перспективах этого проекта, руководителем которого он является.

Кто участвовал в первой видеоконференции «Дней SPD»? И как она прошла?

Это была первая встреча в пробном дистанционном формате с людьми из внешних по отношению к ОИЯИ групп, которые имеют потенциальный интерес к проекту. Мы ориентировались на новичков, на тех, кто про SPD еще ничего не знает. Поскольку наша коллаборация находится в самом начале своего формирования, для нас такой митинг был, несомненно, весьма полезен. Во-первых, мы донесли информацию о нашем проекте до широкого круга внешних участников – на наше мероприятие зарегистрировалось почти 70 человек. Во-вторых, по их вопросам и комментариям мы получили представление о том, насколько им этот проект интересен в целом и что именно в нем их интересует больше всего. Следует отметить, что в SPD имеются разные точки приложения для новых участников: чистая наука – физика структуры адронов, создание и оптимизация экспериментальной установки, компьютерные технологии и т. д. И каждое из этих направлений по-своему интересно.

Сколько организаций и из каких стран намерены участвовать в коллаборации SPD?

Помимо новичков, которые приняли участие в видеоконференции, есть уже и те, кто с нами давно и плотно сотрудничает. На сегодняшний день интерес к проекту выразило примерно два десятка научных учреждений из разных стран. Прежде всего, конечно, это российские университеты и институты: ФИАН, ИТЭФ, Самарский университет и многие другие. Но также есть партнеры из Чехии, Польши, Италии, Кубы, Китая, Чили. Интерес к проекту SPD однозначно есть, и это очень хороший признак. Это особенно важно, учитывая тот факт, что мировое сообщество ученых, занимающихся спиновой физикой, невелико.

Концептуальный проект SPD уже готов? Можете сказать основное о конфигурации экспериментальной установки?

SPD – это одна из двух установок на коллайдере NICA. Если основная задача установки MPD – изучение свойств горячей и плотной адронной материи в столкновениях тяжелых ионов, то задача SPD – изучение спиновой структуры протона и дейтрона, а также прочих спин-зависимых эффектов в их взаимодействиях. Несмотря на то, что обе задачи связаны с проверкой основ теории сильных взаимодействий – квантовой хромодинамики – с экспериментальной точки зрения это довольно разные задачи, требующие разных подходов к созданию экспериментальной установки. Что касается конфигурации установки SPD, то она в общих чертах готова, хотя детали еще «плавают». Но я могу точно сказать, что она не будет похожа на детектор MPD. Концептуальный проект эксперимента SPD будет представлен в январе следующего года.

Коллаборация SPD уже формируется? Разработана ли ее конституция?

Да, формируется. Однако, формирование любой международной коллаборации – процесс длительный. И разработка, и принятие конституции – это лишь один из необходимых этапов. Проект конституции у нас имеется, но это пока внутренний документ, по нему ведется дискуссия. Думаю, сейчас преждевременно его обсуждать публично.

Когда будет построена сама установка SPD? Сколько займет разработка технического проекта?

Технический проект должен быть готов уже к концу следующего года. Посмотрим, как задуманное будет выполняться. Поскольку на первом этапе работы коллайдера NICA в приоритете будет работа с пучками тяжелых ионов, время SPD придет не раньше 2025 года.

Спиновая структура нуклонов пока известна не очень хорошо. Что мы знаем про нее? Сможет ли SPD помочь выяснить, из чего складываются спин протона?

Спиновая структура адронов, то есть частиц, построенных на основе сильного взаимодействия, – это действительно один из самых сложных вопросов квантовой хромодинамики. Эта теория отлично работает при расчетах взаимодействий адронов высоких энергий, например, на Большом адронном коллайдере. На низких энергиях она, к сожалению, не так успешна. Возьмем атом водорода: зная, как протон взаимодействует с электроном, мы можем легко предсказать все свойства атома. Но базовые свойства адронов – их массу, распределение заряда, структуру, включая спиновую — из первых принципов установить пока не удается. Поэтому информация о спиновой структуре адронов может быть получена только экспериментальным путем. Мы знаем, что спин протона сложным образом складывается из спина заключенных в нем партонов – кварков и глюонов, а также из их орбитальных моментов. Мы знаем, что существуют довольно сложные корреляции между направлением импульса нуклона, направлением спина нуклона, направлением спина партона и поперечным импульсом движения партона внутри нуклона. Эти корреляции неплохо изучены для кварков, в то время как по глюонам информации крайне мало. Именно изучение вклада глюонов в общую картину спина нуклона и станет основной задачей SPD.

Изучение структуры спина нуклона – дело не новое. Какие работы в этом направлении ведутся в зарубежных научных центрах? Что делает SPD привлекательным и конкурентоспособным в мировых масштабах?

В настоящее время над проблемой спина работают эксперименты COMPASS в ЦЕРНе, эксперименты STAR и PHENIX на коллайдере RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории (США). На Большом адронном коллайдере планируются эксперименты по взаимодействию протонного пучка с поляризованной мишенью. Для этих же целей проектируется в США электрон-ионный коллайдер EIC. С одной стороны, все эти проекты довольно разные и по способу «проникнуть» в нуклон, и по диапазону энергий, в котором планируются исследования. С другой стороны, они дают возможность взглянуть на проблему с разных сторон. У SPD есть несколько особенностей, которые позволяют ему занять свою уникальную нишу. Во-первых, ожидается, что в столкновении поляризованных протонных пучков на коллайдере NICA будет достигнута светимость, которая не была доступна прежде в спиновых экспериментах в этом диапазоне энергий. Во-вторых, уникальной будет возможность изучать столкновения поляризованных дейтронов, которые, по своей структуре являются куда более сложными объектами, нежели просто связанные протон и нейтрон.

Что такое тестовая зона SPD, какая ее цель и какие команды из России и других стран в ней принимают участие?

Тестовая зона SPD – это зона, где выведенный вторичный адронный пучок с уже существующего ускорителя «Нуклотрон» может быть использован для тестирования и калибровки отдельных элементов детектора SPD, а также их сборки. Там же пройдут обкатку системы сбора данных и мониторинга. Ну и самое главное, молодые физики там получат опыт, который им будет необходим к запуску SPD. Мы ожидаем, что наша тестовая зона начнет функционировать к концу следующего года.

Вы защитили свою кандидатскую диссертацию в Туринском университете. Какая была ее тема?

Она была совсем не связана со спиновой физикой. Это было измерение поляризуемости пи-мезона в эксперименте COMPASS.

Вы участвовали в этом эксперименте с самого начала?

Нет, я пришел в COMPASS в конце 2003 года и участвую в нем до сих пор. Как я уже говорил, COMPASS тоже проводит исследования, имеющие отношение к спиновой структуре нуклонов, причем примерно в том же диапазоне энергий, что планирует использовать и SPD. Несомненно, опыт, полученный на COMPASS, мне очень помогает в работе над SPD.

Получается, Вы живете между Дубной и ЦЕРНом?

Когда-то жил, сейчас уже в значительно меньшей степени.

Каково Ваше личное участие в разработке установки SPD и организации вокруг нее международной коллаборации?

С одной стороны, я участвую в проекте SPD почти с самого начала, как минимум лет десять. Однако, долгое время для меня этот проект не был основным. Руководителем проекта SPD я стал недавно, всего несколько месяцев назад, и это заставило меня радикально сменить направление активности. Тут и новая физика, и новый опыт, и новая ответственность.

Какое значение подготовка проекта SPD имеет для ОИЯИ?

Физики из ОИЯИ имеют огромный опыт участия в больших международных экспериментах и вносят важный вклад в эти эксперименты. Но, как правило, они присоединяются к ним уже на стадии, когда проект готов, или, как минимум, утвержден. Соответственно самые ранние этапы разработки проекта остаются для наших физиков за кадром. Поэтому работа над собственным проектом, начиная с самых первых его этапов, — это уникальный шанс для ученых ОИЯИ получить бесценный опыт.

В рамках «Дней SPD» намечены еще две видеоконференции. Когда они пройдут и чему будут посвящены?

Да, это действительно так. Если первое мероприятие было больше организационным, чем чисто научным, то две планируемых двухдневных видеоконференции будут посвящены чисто научным вопросам. Первая из них пройдет 30 сентября – 1 октября, и ее основной темой станет обсуждение сегодняшнего состояния дел в изучении поляризованной и неполяризованной глюонной структуры нуклонов, как со стороны теории, так и со стороны эксперимента. Вторая конференция запланирована на 5 — 6 октября. На ней будут обсуждаться возможности проведения различных измерений на начальном этапе работы установки, когда энергия и светимость столкновений еще не достигнут проектных значений.

Читать интервью в «Троицком варианте»