14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 1 Эксперимент ПАНДА А.Н.Васильев (ГНЦ ИФВЭ) PANDA - Anti P roton AN nihilation in DA rmstadt

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 2 Содержание доклада Проект ФАИР и его физическая программа Эксперимент ПАНДА в проекте ФАИР Сотрудничество ПАНДА Физическая программа эксперимента ПАНДА Участие российских институтов в эксперименте Заключение

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 3 Установка ПАНДА в проекте FAIR PANDA HESR FAIR Baseline Layout Accelerator Experiment

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 4 Main thrust of FAIR research The main thrust of FAIR research focuses on the structure and evolution of matter on both a microscopic and on a cosmic scale – deepening our understanding of fundamental questions like: How does the complex structure of matter at all levels arise from the basic constituents and the fundamental interactions? How can the structure of hadronic matter be deduced from the strong interaction? In particular, what is the origin of hadron masses? What is the structure of matter under the extreme conditions of temperature and density found in astrophysical objects? What was the evolution and the composition of matter in the early Universe? What is the origin of the elements in the Universe?

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 5 Experiments at FAIR The FAIR research programme has been approved by the International Steering Committee of FAIR (ISC) in It includes 14 initial experiments, which form the four scientific pillars of FAIR (presented in alphabetic order): APPA : Atomic and plasma physics, and applied sciences in the bio, medical, and material sciences; CBM : Physics of hadrons and quarks in compressed nuclear matter, hypernuclear matter; NuSTAR : Structure of nuclei, physics of nuclear reactions, nuclear astrophysics and radioactive ion beams ; PANDA : Hadron structure and spectroscopy, strange and charm physics, hypernuclear physics with anti-proton beams.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 6 Module 3: Antiproton facility for PANDA, providing further options also for NUSTAR Modular Version SIS 100 p-Linac Super - FRS HESR NESR CR RESR FLAIR Module 5: RESR storage ring for a higher beam intensity for PANDA and parallel operation with NUSTAR Module 4: Additional low-energy caves for NUSTAR, NESR storage ring for NUSTAR und APPA, building for antimatter programmeFLAIR Module 1: Experiment halls at SIS100 for extracted beam diagnostics, HADES/CBM, APPA, and detector calibration Module 2: Super-FRS for NUSTAR Module 0: Heavy-Ion Synchrotron SIS100, basis and core of FAIR, required for all physics programmes

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 7 Эксперимент ПАНДА в проекте FAIR ПАНДА – это уникальный эксперимент по исследованию экстремальных состояний материи, фундаментальных проблем адронной и ядерной физики через взаимодействия антивещества с веществом (антипротонов с нуклонами и ядрами). Исследования предлагается проводить на антипротонном пучке накопительного кольца с электронным и стохастическим охлаждением (HESR) c энергией до 15 ГэВ, запуск которого запланирован на 2015 год. Ожидается рекордная интенсивность чистого антипротонного пучка, обеспечивающая до 2х10 7 взаимодействий на водородной мишени в секунду.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 8 Эксперимент ПАНДА в проекте FAIR Пучок антипротонов будет беспрецедентным по степени монохроматичности, ожидаемой на уровне p/p = , что позволит проводить прецизионные исследования процессов сильного взаимодействия. Детектор ПАНДА создается с использованием самых современных достижений науки и техники (в том числе – разработанных российскими учеными) и обеспечивает регистрацию и идентификацию нейтральных и заряженных частиц почти в полном телесном угле и в широком диапазоне энергий. Запуск установки ПАНДА и первый набор статистики планируются на 2016 год.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 9 PANDA Collaboration PANDA at present is a group of 420 physicists from 54 institutions from 17 countries Basel, Beijing, Bochum, IIT Bombay, Bonn, Brescia, IFIN Bucharest, Catania, Cracow, IFJ PAN Cracow, Cracow UT, Dresden, Edinburgh, Erlangen, Ferrara, Frankfurt, Genova, Giessen, Glasgow, GSI, Inst. of Physics Helsinki, FZ Jülich, JINR Dubna, Katowice, KVI Groningen, Lanzhou, LNF, Lund, Mainz, Minsk, ITEP Moscow, MPEI Moscow, TU München, Münster, IIT Mumbay, Northwestern, BINP Novosibirsk, IPN Orsay, Pavia, Piemonte Orientale, IHEP Protvino, PNPI St.Petersburg, KTH Stockholm, Stockholm, Torino, Torino Politecnico, Trieste, TSL Uppsala, Tübingen, Uppsala, Valencia, SINS Warsaw, TU Warsaw, AAS Wien

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 10 Установка ПАНДА ( стоимость 65M )

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 11 Физическая программа эксперимента ПАНДА Физическая программа нацелена на поиск новых форм материи во взаимодействиях антивещества с веществом, в основном : -экзотических частиц, таких как глюболы и гибриды, -спектроскопию предсказанных теоретически, но еще не обнаруженных состояний чармония выше порога образования пар D-анти-D- мезонов, -исследования гипер-ядер (в том числе – двойных) и чарм-ядер, когда вместо обычного нуклона в ядре возможны странная (одна или две) или очарованная частицы.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 12 1 fm c c Dissociation energy n = 1 n = SingletTripletT Relative energy (eV) ψ χ1χ1 χ2χ2 ηcηc ηcηc DD threshold χ0χ0 SingletTripletSingletTriplet –100 Relative energy (MeV) bound states L = 0 Singlet L = 0L = 1 ψ 0.1 nm e+e+ e 13S113S1 23S123S1 13S013S0 23S123S1 21P121P1 23P223P2 23P123P1 23P023P0 23P023P0 13S113S1 23S123S1 13S013S0 23S123S1 21P121P1 23P223P2 23P123P1 PositroniumCharmonium hchc

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 13 BaBar B K + - J/ M( + - J/ M(J ) X(3872) B K J/ M( J/ Y(3940) X(3940) X(4160) e + e - DD*J/ e + e - D*D*J/ M(DD*)M(D*D*) Y(4260) Belle Y(4008)? e + e - ISR + - J/ Y(4350) & Y(4660) e + e - ISR + - M( + -J/ ) M( + - ) e + e - ISR Λ c Λ c M( Λ c Λ c ) M( J/ BaBar Belle X(3872) CDF Y(4140) B K J/ Y(4630) M( J/ X and Y mesons

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 14 Γ = ( (stat) (syst)) GeV M = (4.433 ± (stat) ± (syst)) GeV B (B KZ(4430) × B (Z π + ψ) = (4.1 ± 1.0 (stat) ± 1.3 (syst)) × 10 5 Z + (4430) - a new state of matter (tetraquark?) decaying into π + ψ 7σ PRL 100, (2008) arXiv: [hep-ex] BELLE

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 15 PANDA: pp Z + (4430) + π ψ(2S)π + J/ψ π + π

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 16 Спектр глюболов в КХД на решетках J PC

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 17 Взаимодействие антивещества с ядром

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 18 Участие российских институтов в эксперименте ПАНДА Эксперимент ПАНДА представлен научным сотрудничеством, куда входят научные центры и университеты из 17 стран. В состав официально входят шесть российских научных центров: -ГНЦ Институт физики высоких энергий (ИФВЭ, Протвино), -ГНЦ Институт теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ, Москва), -Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна), -Петербургский институт ядерной физики (ПИЯФ, Гатчина), -Московский энергетический институт (МЭИ, Москва), -Институт ядерной физики Сибирского Отделения РАН им. Будкера (ИЯФ СО РАН, Новосибирск). Соисполнители : РНЦ Курчатовский институт, НИИЯФ МГУ, ФТИ им. Иоффе (Санкт-Петербург) и др.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ предложений российских институтов по вкладам в ПАНДА Планируют участие в создании : ГНЦ ИФВЭ - два калориметра – 1) центральный из вольфрамата свинца (совместно с РНЦ КИ) и 2) типа «шашлык», а также 3)передний вершинный детектор (совместно с НИЯФ МГУ и ФТИ им.Иоффе). ОИЯИ – 4) мюонная система, 5) черенковский детектор DIRC, 6) сверхпроводящий соленоид. ПИЯФ – 7) передний детектор времени пролета. ГНЦ ИТЭФ и МЭИ – 8) корпускулярная мишень (pellet target). ________________________________________________________________ Кроме того : Все институты – 9 ) Монте Карло и физика. ГНЦ ИФВЭ и ОИЯИ – 10) центральный детектор времени пролета

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 20 Магнитная система спектрометра PANDA (проектирование и изготовление – ОИЯИ) ламинированное ярмо ламинированная раздвижная дверь катушка дипольного магнита катушка сверхпроводящего соленоида криостат передвижная платформа Центральное поле соленоида: B = 2T Однородность поля соленоида: ΔB/B < 2% Интеграл радиальной компоненты вдоль оси пучка в области центрального детектора: Общая масса соленоида: M = 350 тонн

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 21 DIRC – Детектор черенковского излучения с внутренним отражением в радиаторе

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 22 Контейнер с кварцевыми радиаторами

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 23 Кварцевые радиаторы, изготовленные на Лыткаринском заводе оптического стекла (прототипы)

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 24 Московский Энергетический Институт Институт Теоретической и Экспериментальной Физики Institut für Kernphysik, FZJ, Jülich, Germany

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 25

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 26

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 27 Многозазорная резистивная плоская камера,30х30 см², со стриповым съемом информации, помещенная в алюминиевый контейнер. 3D чертеж.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 28 Электроника для чтения стрипов Контейнер с камерой внутри Электроника для чтения стрипов Фотография контейнера с МРПК, установленного в тестовой зоне

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 29 Временное разрешение и эффективность при разных напряжениях на многозазорной резистивной плоской камере 29 Лучшее разрешение (45ps) получено при HV=9kV. Эффективность > 98%

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 30 Ширина стрипа (мм) Зазор ( мкм) Число зазоров Газовая смесь рабочее напряж. (kV) Метод коррекции Получено разреше ние (пикосек) Y.J. Sun et al, NIM A593, 2008, p x5 95%TFE+ 5%Isobut2х6.5T-Q60-74 M. Abbrescia et al, NIMA593, 2008, p %TFE+ 2% SF617TOT 67 ИФВЭ+ОИЯИ x3 93%TFE+ 5%Isobut.+2% SF6 9.0T-Q 45 Сравнение с данными других групп

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 31 TOF PANDA PID in forward direction /k separation up to 2.5 GeV/c k/p separation up to 4 GeV/c PNPI RAS, St.Petersburg

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 32 PANDA detector TOF TOF TOF Wall: covered area – 7.84 m 2 TOF Side: covered area – 2.8 m 2 PNPI RAS, St.Petersburg MC simulations test station prototyping beam tests mass production installation

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 33 MC simulation TOF Wall mass reconstruction σ tof =100 ps PNPI RAS, St.Petersburg Test run 1 Gev proton beam with 140*5 cm 2 prototype σ tof

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 34 Калориметр из вольфрамата свинца Рассмотрим подробнее участие России в калориметрии ПАНДА. Для измерения -квантов, 0 и -мезонов в широком диапазоне энергий планируется создание калориметра на основе вольфрамата свинца (PWO), который обеспечит требуемые высокое энергетическое и координатное разрешения. PWO- кристаллы отличаются высокой плотностью, малой радиационной длиной, быстрым сигналом и хорошими радиационными свойствами. Следует особо подчеркнуть участие Российской промышленности – завода в Богородицке– в производстве PWO-кристаллов. Нигде в мире, кроме России, не развито массовое производство этих кристаллов.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 35 PANDA lead tungstate calorimeter

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 36 Калориметр из вольфрамата свинца В центральном калориметре 11,360 кристаллов. ГНЦ ИФВЭ - совместная работа с РНЦ Курчатовским Институтом. Регистрация фотонов с энергиями от 10 МэВ до 10 ГэВ : - новые кристаллы PWO-II с удвоенным световыходом; -рабочая температура С световыход увеличивается еще в раза и разрешение улучшается (см.следующие два слайда); - кристаллы должны быть радиационно-стойкими.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 37 Богородицк научился выращивать PWO-II кристаллы

18 июня 2008Совещание по ФАИР в ИЦФР в ИТЭФ, А.Н.Васильев (ГНЦ ИФВЭ) 38 Рекордное энергетическое разрешение при С несмотря на утечки из матрицы 3х3 Photomultiplier-readout

18 июня 2008Совещание по ФАИР в ИЦФР в ИТЭФ, А.Н.Васильев (ГНЦ ИФВЭ) 39 Типичный рост сигналов при температурах +20С / -25С B389 at dose rate 2 rad/h DC signal Blue LED signal Red LED signal -25 C +20 C

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 40 Исследования свойств PWO-кристаллов Около 20-ти лет назад в ИФВЭ вольфрамат свинца был впервые использован как материал для калориметрии. ИФВЭ накопил большой опыт в исследованиях свойств PWO- кристаллов и создании электромагнитных калориметров на их основе для экспериментов CMS, PRIMEX и BTeV. ИФВЭ опубликовал более 20 статей в NIM по PWO-кристаллам и калориметрам на их основе. В последние годы ИФВЭ тесно сотрудничал по кристаллам с КИ, создающим калориметр для ALICE. ИФВЭ ведет систематические исследования радиационной стойкости PWO-кристаллов на уникальной в мире установке с непрерывным контролем во время облучения с целью улучшения технологии выращивания радиационно-стойких кристаллов. КИ имеет оборудование для измерения оптических свойств кристаллов и световыхода.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 41 ГНЦ ИФВЭ в создании калориметра из вольфрамата свинца. Разработка и изготовление в российской промышленности всех основных механических элементов калориметра. Контроль качества кристаллов, изготавливаемых российской промышленностью. Участие в сборке калориметра, его запуске, тестах, калибровке. Разработка и создание мониторной системы и системы медленного контроля всех узлов калориметра. Создание программного обеспечения и участие в физическом анализе данных.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 42 ИФВЭ в создании калориметра типа «шашлык» Рассмотрим теперь второй калориметр ПАНДА. На ускорителе У-70 в ГНЦ ИФВЭ был проведен сеанс по изучению прототипа из 9-ти модулей «шашлыка». В каждом модуле было 380 слоев с толщиной свинцового поглотителя 300 микрон и сцинтиллятором толщиной 1,5 мм. Поперечные размеры модуля 110x110 мм 2.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 43 Модули «шашлыка» в процессе сборки

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 44 Энергетическое разрешение «шашлыка» Предварительные результаты (матрицы 3х3)

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 45 Калориметр типа «шашлык» в эксперименте ПАНДА Калориметр – это прямоугольная матрица 13х27 (26х54) – всего 351(1404) модуль. Длина модуля 70 см. Ячейка 11х11 см (5.5х5.5 см). Рабочая поверхность детектора 4 м 2. Вес детектора около 15 тонн.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 46 Вклад России в ПАНДА 8 российских детекторов/узлов установки ПАНДА : 1) передний электромагнитный калориметр типа «шашлык» 2) центральный электромагнитный калориметр из вольфрамата свинца 3)передний вершинный детектор 4) мюонная система 5) радиаторы черенковского детектора DIRC 6) ярмо сверхпроводящего соленоида 7) передний детектор времени пролета 8) корпускулярная мишень

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 47 Основные сроки в ПАНДА Изготовление детекторов и узлов в России – Транспортировка детекторов и узлов из России в Дармштадт – Сборка в Дармштадте, отладка и запуск детекторов и узлов, сделанных в России, интеграция в установку –

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 48 Заключение Полноценное участие российских ученых в эксперименте ПАНДА обеспечит России право на интеллектуальную собственность - принципиально новые знания в ядерной физике и физике элементарных частиц. Российские ученые получат возможность участия в экспериментальных исследованиях экстремальных состояний материи в течение двух десятилетий. В России нет и не планируется проведение подобного эксперимента. Принципиально новая сверхбыстрая электроника и система сбора данных эксперимента ПАНДА позволят приобрести опыт создания подобных систем передовой технологии в России.

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 49 Заключение-2 Поиск новых форм материи во взаимодействии антивещества с веществом в эксперименте ПАНДА в высокоинтенсивном и монохроматичном пучке антивещества (антипротонов) является уникальным дополнением к физике ультравысоких энергий на LHC. Нигде в мире, кроме России, не развито массовое производство кристаллов из вольфрамата свинца. Россия произвела ~80 тыс. кристаллов для CMS и ALICE. Подавляющая часть из 20.5M (оценочная стоимость центрального PWO-калориметра) останется в России и будет вложена в развитие российской промышленности (уже вложено 5.3М из Германии и Швеции).

14 октября 2009 года А.Н.Васильев – Эксперимент ПАНДА, ИЦФР в ИТЭФ 50 Заключение-3 Росатом интегрирует вокруг себя в ПАНДА другие Институты РАН, Минобрнауки и ОИЯИ. Планируется вклад России в создание установки ПАНДА на уровне 30% от полной стоимости установки. Создав все перечисленные детекторы, Россия будет занимать лидирующее положение в эксперименте ПАНДА.