Физики СПбГУ: все для БАК, все для высоких энергий

Ученые СПбГУ единственные в России участвуют в разработке новой Внутренней трековой системы международного эксперимента ALICE Большого адронного коллайдера. После модификации она позволит детально исследовать редкие процессы, в которых рождаются очень тяжелые кварки. Именно они должны помочь физикам понять особенности образования и эволюции кварк-глюонной плазмы — первоматерии ранней Вселенной.

Об этом в самом начале открытого семинара «Обработка данных с экспериментов Большого адронного коллайдера» (БАК) рассказал Григорий Александрович Феофилов, доцент СПбГУ, заведующий лабораторией физики сверхвысоких энергий. Он выступил с докладом «Планы по развитию эксперимента ALICE на БАК и роль СПбГУ». «Участие Университета в развитии этого направления исследований, конечно же, очень важно. Это позволит нашим ученым, студентам и аспирантам работать на совершенно ином уровне, в том числе и заниматься в ALICE совершенно новой физикой (эффектами, лежащими за пределами Стандартной модели. — Ред.)», — отметил физик.

Напомним, что именно при активном участии СПбГУ была разработана и в 2007 году создана Внутренняя трековая система (ITS) установки ALICE в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН). ITS — это, пожалуй, самая важная часть установки ALICE. Она, как сетчатка глаза, «фотографирует» рожденные в ходе столкновения частицы. Спустя всего год ITS стала первой, на которой была получена физическая информация сразу после запуска коллайдера. Ее эксплуатация продолжается до сих пор. Однако расслабляться ученым не приходится.

В коллаборацию ALICE входят 1665 участников из 159 университетов 41 страны мира. СПбГУ является официальным участником с момента ее образования в 1992 году. Установка ALICE построена для исследований материи в экстремальном состоянии кварк-глюонной плазмы, образующейся в столкновениях сверх-релятивистских ядер на БАК.

Как рассказал Григорий Александрович Феофилов, сейчас перед учеными и инженерами СПбГУ стоят уникальные по сложности теоретические и экспериментальные задачи, решать которые необходимо в очень жестком графике. А все для того, чтобы после окончания второй модификации БАК (она начнется в июле 2018 года и продлится примерно 18–20 месяцев) ученые смогли увеличить светимость (количество частиц, пролетающих через определенную площадь за единицу времени. — Ред.) коллайдера еще в 10 раз. Это увеличение светимости откроет новые горизонты для исследования редких процессов в столкновениях сверх-релятивистских ядер на БАК. Но для этого потребуется и новая трековая система, обладающая способностью работать при таких загрузках. Над проектом новой ITS с 2011 года трудятся исследователи СПбГУ. И не безрезультатно. «Эта модифицированная Внутренняя трековая система предполагает применение ряда новейших технологий, среди которых и те, что мы разработали здесь, в Университете. Они обеспечивают рекордные мировые значения радиационной прозрачности центральной части установки, что составляет "изюминку" всего эксперимента ALICE», — подчеркнул Григорий Феофилов. Сейчас в Университете также ведутся исследования и испытания новых монолитных кремниевых детекторов, которые будут работать в 2020 году после второй модификации БАК (подробнее о них читайте в статье «"Увидеть" и "поймать" элементарную частицу» в журнале «Санкт-Петербургский университет» № 9, октябрь 2015 года).

По словам ученых, модернизированная Внутренняя трековая система ALICE с новейшими кремниевыми детекторами отроет перед физиками возможность для реализации программы новых физических исследований на БАК. «Это позволит нам не только продолжить более детально исследовать свойства экстремально горячей и плотной материи, образующейся сегодня в столкновениях ядер на БАК, но и откроет возможность изучать в столкновениях ультрарелятивистских ядер редкие процессы рождения частиц, содержащих тяжелые кварки, что должно пролить свет на природу образования и эволюции кварк-глюонной плазмы», — рассказал Григорий Александрович Феофилов. Стоит отметить, что изучение кварк-глюонной плазмы сегодня является одним из приоритетов работы коллайдера и физиков всего мира. Считается, что в первые микросекунды после Большого взрыва наша Вселенная представляла собой совершенно особую материю — что-то наподобие чрезвычайно горячего и густого «супа» из кварков и глюонов. Разобравшись в ней, физики смогут прояснить в том числе и то, как образовалась наша Вселенная (подробнее об участии ученых СПбГУ в экспериментах, направленных на изучение КГП, читайте в статье «Первичная материя» журнала «Санкт-Петербургский университет» № 9, октябрь 2015 года).

Однако чтобы найти ответы на фундаментальные вопросы, сначала нужно создать условия для получения и накопления новых экспериментальных данных, их обработки в мировой вычислительной сети GRID для БАК, теоретического анализа. Всем этим и занимается коллектив лаборатории физики сверхвысоких энергий СПбГУ (LUHEP). Создание проекта модификации Внутренней трековой системы ALICE, разработка и реализация новых технологий, обеспечивающих рекордную радиационную прозрачность, испытание новейших пиксельных монолитных детекторов — это только часть пунктов, за которыми скрывается ежедневная кропотливая работа университетских специалистов, студентов и аспирантов. СПбГУ, кстати, является единcтвенным российским участником работ по модернизации ITS установки ALICE. Они осуществляются в тесном сотрудничестве нескольких команд из полутора десятков стран-участниц.

На открытом семинаре, который шел в режиме телеконференции, кроме универсантов приняли участие также и представители ЦЕРН и Объединенного института ядерных исследований.