Лаборатория нуклон-антинуклонных взаимодействий (ЛНАВ) входит в состав Междисциплинарного центра физики элементарных частиц и астрофизики (МЦФЭЧиА) Физического факультета. Лаборатория образована с целью участия в проекте эксперимента PANDA (англ. AntiProton ANnihilation at DArmstadt), который является одним из ключевых проектов Европейского центра по исследованию физики антипротонов и ионов (FAIR), строящегося в настоящее время в Дармштадте (Германия).
Начало эксперимента планируется на 2023 год. Эксперимент нацелен на прецизионное изучение антипротон-протонной аннигиляции и реакций антипротонов с ядрами. Пучок антипротонов ускорителя HESR (High Energy Storage Ring) будет иметь диапазон импульсов от 1.5 до 15 ГэВ/с и беспрецедентные интенсивность и качество: количество антипротонов в пучке составит порядка 1011, а монохроматичность (разброс частиц по импульсу) – 4·10−5. При взаимодействии пучка антипротонов с ядрами покоящейся мишени, которая представляет собой замороженные капли водорода или дейтерия, или тонкие мишени из более тяжелых элементов, будут рождаться в большом количестве сильновзаимодействуюшие частицы – адроны, включая очарованные адроны, то есть имеющие в своем составе очарованный кварк (c-кварк). Эксперимент позволит исследовать до сих пор плохо изученные адронные состояния, измерить их параметры: константы взаимодействия, вероятности распада, массы и другие, а также попробовать найти новые экзотические частицы, состоящие из кварков и глюнов.
Физическая программа эксперимента PANDA состоит из шести основных пунктов:
- Спектроскопия чармониев – измерение масс, ширин и квантовых чисел состояний связанных очарованных кварка и антикварка;
- Поиск глюонных возбуждений (глюболы и гибриды) – частиц, существование которых предсказывается Стандартной моделью физики элементарных частиц, но которые пока не обнаружены в экспериментах;
- Изучение адронов внутри ядерной материи – исследование частиц, которые рождаются на короткое время прямо внутри атомных ядер материи;
- Спектроскопия адронов с открытым чармом – измерение параметров частиц в которых присутствует один и более очарованный кварк, несбалансированных соответствующим антикварком;
- Физика гиперядер – исследование ядер, в которых нижний (down) кварк заменен на тяжелый и короткоживущий странный (strange) кварк;
- Электромагнитные процессы – поиск отклонений от точных предсказаний квантовой электродинамики, которые могут свидетельствовать о явлениях «Новой физики».
Современные масштабные физические эксперименты готовятся и ведутся силами сотен, а иногда тысяч ученых, инженеров, аспирантов и студентов множества стран. Чтобы координировать работу такого большого числа людей создаются, так называемые коллаборации, имеющие единый орган управления, куда входят представители участвующих институтов и университетов. Все научные результаты проходят рецензирование и получают одобрение коллаборации на их публикацию. Авторами каждой публикации становятся все полноправные члены коллаборации.
Коллаборация PANDA, ведущая эксперимент, состоит из более чем 450 физиков из 19 стран и 66 научных организаций. Институт ядерной физики СО РАН им. Г.И. Будкера входит в состав коллаборации с первых дней ее основания. В 2016 году к коллаборации официально присоединился и НГУ, для чего и была создана Лаборатории нуклон-антинуклонных взаимодействий. Лаборатория разрабатывает для эксперимента PANDA детектор черенковских колец (англ. PANDA Forward RICH) для идентификации элементарных частиц на основе синтетического легкого и прозрачного материала – аэрогеля. Также Лаборатория занимается исследованием рождения экзотических чармониев во взаимодействии антипротонов и дейтронов.
Детектор черенковских колец PANDA Forward RICH позволит определять или идентифицировать заряженные частицы с большим импульсом (3-10 ГэВ/c), рождающиеся в эксперименте. Когда заряженные частицы, такие как электроны, позитроны, мюоны, пионы, каоны или протоны, с достаточно большой скоростью (выше скорости света в среде) пролетают через слой аэрогеля, то в результате действия эффекта Вавилова-Черенкова они вызывают в нем вспышку света, которая имеет направленность в виде конуса. Далее черенковский свет попадает зеркала и отражается на массив многоанодных фотоэлектронных умножителей (МаФЭУ), где образует изображение черенковского кольца, точнее набора дуг этого кольца. Фотоны вызывают срабатывания определенных анодов (пикселей) МаФЭУ и эти срабатывания оцифровываются в специфичный набор цифровых данных. По цифровой картинке, полученной от детектора, можно восстановить или реконструировать скорость частицы и, далее, имея измерение импульса частицы от других систем PANDA, идентифицировать массу и тип частицы. Эти данные играют важную роль в восстановлении полной картины событий, происходящих в эксперименте и регистрируемых детектором.
Лаборатория открыта к сотрудничеству по эксперименту PANDA, а также приглашает к себе заинтересованных студентов и аспирантов для участия в работах лаборатории. Особенно будут востребованы студенты и аспиранты, обучающиеся по специальностям: Физика элементарных частиц, Радиофизика, Информатика и вычислительная техника, Математика и компьютерные науки, Прикладная математика и информатика.
Рисунок 1: Схема детектора PANDA Рисунок 2: Модель переднего детектора черенковских колец
(PANDA Forward RICH) на основе аэрогеля для детектора PANDA.
