В городе Дубна Московской области, на базе лаборатории физики высоких энергий им. В. И. Векслера и А. М. Балдина, готовятся запустить новейший ускорительный комплекс NICA (от Nuclotron-based Ion Collider fAcility).
Проект по строительству сверхпроводящего коллайдера протонов и тяжелых ионов реализуется с 2013 года. Он будет включать несколько направлений физики элементарных частиц, для каждого из которых предусмотрено свое оборудование.
Одним из таких направлений станет эксперимент Spin Physics Detector (SPD), целью которого является объяснение происхождения спина у нуклонов — составных частей атома. Ожидается, что этот ускоритель будет запущен уже в 2025 году.
Работу будет вести коллаборация из более чем 400 ученых из 31 научного центра России, Армении, Беларуси, Египта, Казахстана, Китая, Кубы, Сербии, Чили и Южной Африки. Доцент кафедры №40 «Физика элементарных частиц» НИЯУ МИФИ, заместитель координатора физических исследований коллаборации SPD Евгений Солдатов ответил на вопросы Науки Mail об этом амбициозном исследовании.
В чем состоит основная научная цель эксперимента SPD — почему именно спин нуклонов остается одной из ключевых загадок физики элементарных частиц?
— Научная цель эксперимента SPD заключается в решении загадки, как образуется спин, равный ½, у протонов, нейтронов — составных ядра атома (нуклонов). Данной загадке уже несколько десятков лет. Изначально считалось, что объяснение максимально простое: есть три кварка со спином ½ и при определенном их расположении достигается суммарный спин ½. Однако позже выяснилось, что эти кварки вносят лишь часть вклада в общий спин (менее 30%).
В нуклоне также присутствуют частицы-переносчики сильного взаимодействия — глюоны, есть, наконец, хаотично рождающиеся и уничтожающиеся кварк-антикварковые пары, т.н. «морские кварки». Ожидается, что вклад каждой такой части в спин — существенный.
Эксперимент SPD прежде всего будет измерять вклад глюонов в спин нуклона с достаточно хорошей точностью.
Без понимания таких основ человечеству чрезвычайно сложно развивать отрасли науки и наукоемких технологий, которые строятся на спиновых эффектах. А на данный момент на этой основе базируются квантовые компьютеры и спинтроника, магнитно-резонансная томография, а также становится возможным более полное понимание периодической системы Менделеева и др.
Как эксперимент поможет приблизиться к пониманию того, откуда берется спин протона и нейтрона?
— На эксперименте SPD планируется получить трехмерную спиновую структуру нуклона. Поляризованные пучки протонов и дейтронов будут сталкиваться при энергии, достигающей 27 ГэВ. По асимметриям в угловых распределениях вылета частиц из зоны столкновений возможно установить данные по корреляциям (взаимосвязям) между направлениями спина нуклона, его импульса, а также направлением спина, продольным и поперечным импульсами глюонов внутри нуклона. Данная информация позволит определить вклад глюонной составляющей в спин составной системы — нуклона.
Как участие студентов и аспирантов в таком проекте помогает готовить новое поколение исследователей?
— Ни для кого не секрет, что участие российских ученых в зарубежных проектах за последние 3 года сильно сократилось. Это произошло не по нашей инициативе. В некоторых экспериментах нам просто указали на дверь. В таких условиях сохранение компетенций и подготовка нового поколения кадров является чрезвычайно сложной задачей. Необходимо иметь свои установки, свои эксперименты международного уровня. Именно таким и является весь проект НИКА с экспериментами, которые на нем будут запущены. В эксперименте SPD для ребят доступен весь спектр работ, начиная от прототипирования детекторов до высокоуровневого моделирования и анализа данных, а также решения ИТ-задач создания и поддержки вычислительной инфраструктуры большой научной установки.
Планируется ли подключение новых российских или зарубежных университетов к коллаборации SPD?
— Коллаборация SPD неуклонно растет. В данный момент она включает в себя 40 университетов из 10 различных стран и около 400 участников. Совсем недавно к коллаборации присоединились два университета из Китая — из Шандонга и из Хэфея. Двери коллаборации открыты для всех, кто готов к упорному труду по подготовке детекторных систем, физической программы и ИТ-инфраструктуры эксперимента.
Когда ожидается первый физический запуск SPD, и каких результатов ученые ждут в первые месяцы эксперимента?
— Планируется, что эксперимент SPD будет запускаться в две фазы. Первая начнется примерно в 2028 году: эксперимент будет включать лишь основные детекторные системы, и целью данной фазы является прежде всего проверка работоспособности детекторов, их проверка в полевых условиях, а также первые физические исследования, возможные в данной конфигурации. Планируется исследование упругих столкновений протонов, дейтронов, поляризации Лямбда-гиперонов и др.
Далее, в 30-х годах эксперимент будет доукомплектован всеми планируемыми детекторными системами и приступит ко второй фазе, которая и будет включать целевые исследования коллаборации: изучение трехмерной спиновой структуры нуклона в наиболее чувствительных к этому процессах (образование чармония, открытого чарма и прямых фотонов).
Ранее Наука Mail рассказывала, что на российском синхротроне СКИФ добились циркулирующего пучка электронов.
