Эксперимент ALICE

Международная научная коллаборация ALICE (A Large Ion Collider Experiment), в состав которой в настоящее время входят 1500 физиков, инженеров и лаборантов, включая 350 студентов-выпускников из 154 физических институтов и университетов из 37 стран мира, была организована в 1993 году в ЦЕРНе с целью исследования кварк-глюонной плазмы, возникающей при столкновении тяжёлых ионов на Большом Адронном Коллайдере (БАК). Исследование ядерного вещества при экстремальной плотности энергии – новое направление в ядерной физике, стремительно развивающееся, благодаря появлению нового поколения ускорителей тяжёлых ионов.

Во время лобовых столкновений ионов свинца в БАК, сотни протонов и нейтронов врезаются друг в друга при энергиях в несколько ТэВ. Ионы Pb ускоряются более чем на 99.9999% скорости света и их соударения в БАК в 100 раз более мощные, чем протонные. При этом материя в точке взаимодействия разогревается до температуры почти в 100,000 раз больше, чем в ядре Солнца. В таких условиях барионная материя претерпевает фазовый переход, когда на короткий миг формируется капля из первоначальной материи, так называемой кварк-глюонной плазмы (КГП), которая, как считают ученые, наполнила Вселенную в первые микросекунды после Большого Взрыва.

Кварк-глюонная плазма формируется, когда протоны и нейтроны распадаются на свои элементарные составляющие - кварки и глюоны. Капля КГП быстро остывает и отдельные кварки и глюоны (вместе называемые партонами) формируют обычную материю в  форме элементарных частиц, разлетающихся во всех направлениях.  В разлетающихся осколках содержатся пионы и каоны, которые состоят из кварка и антикварка, протоны и нейтроны, которые состоят из трех кварков, а также обильное количество антипротонов и антинейтронов, которые могут объединяться с образованием ядер антиатомов, по массе равных гелию. Много новых данных может быть получено при изучении распределения энергии в этих фрагментах.

Рис.1. Схема установки ALICE с триггерным детектором Т0, предложенным НИЯУ МИФИ.

НИЯУ МИФИ сыграл ведущую роль в разработке и создании стартового триггерного детектора Т0 супердетектора ALICE (Рис.1).  Идея детектора Т0 была выдвинута на кафедре экспериментальных методов ядерной физики (ЭМЯФ, №11) с предложением использовать российские магнитостойкие фотоумножители ФЭУ-187. НИЯУ МИФИ совместно с ИЯИ РАН построил детектор Т0 (Рис.2), используя кварцевые черенковские радиаторы с уникальной лазерной импульсной калибровкой. 10-летний опыт эксплуатации детектора подтвердил надёжность его работы и стабильность характеристик. Российские специалисты осуществляют постоянное сопровождение этого детектора при проведении экспериментов. В модернизации детектора, обработке и анализе полученных данных активное участие принимают студенты и аспиранты НИЯУ МИФИ (Рис.3). Благодаря этому вкладу в эксперимент ALICE,  НИЯУ МИФИ с 1996 года участвует в проведении экспериментов на мега-установке ALICE в тесном сотрудничестве с НИЦ «Курчатовский институт» и ИЯИ РАН. 

                 Рис.2. Детектор Т0                              Рис.3. Команда МИФИ на сборке Т0

Рис.4. Событие, зарегистрированное установкой ALICE при столкновении ионов свинца с энергией в центре масс 2.76 TeV на нуклон.

После 10 лет эксплуатации супердетектора ALICE  руководством коллаборации было принято решение провести модернизацию установки, в том числе и детектора Т0. Проект модернизированного детектора Т0 (получивший название Т0+) использует тот же физический принцип, что и его предшественник – кварцевые радиаторы черенковского излучения и более современные магнитостойкие фотоумножители на основе микроканальных пластин. Сотрудники и студенты НИЯУ МИФИ активно участвуют в создании новой версии детектора ALICE .