ПИЯФ в проекте CBM 2010 г.. FAIR – Facility for Beams of Ions and Antiprotons – принятый к осуществлению проект стоимостью ~1300 М в GSI, Дармштадт. 4. - презентация

1 ПИЯФ в проекте CBM 2010 г.

2 FAIR – Facility for Beams of Ions and Antiprotons – принятый к осуществлению проект стоимостью ~1300 М в GSI, Дармштадт. 4 октября 2010 г. – подписана конвенция 9-ю странами (Финляндия, Франция, Германия, Индия, Польша, Румыния, Россия, Швеция, Словения), выделенные 6 стран - акционеры Ноябрь 2010 – юридически оформлена компания FAIR Вклад России ~ М из них на экспериментальные установки в России (Construction money) планировалось: гг. – 71.5 М (40%) гг. – 53.5 М (30%) 2010 г. – 17.6 М (< 10%) Распределение этих денег – ? R&D – ? Визиты – ? Год запуска 1-й очереди FAIR (SIS100) – 2017 г, эксперименты гг. SIS300 –?

3 CBM (Compressed Baryonic Matter) – эксперимент по ядро-ядерному взаимодействию на выведенном пучке ядер (вплоть до урана) с энергией 2-12 ГэВ/u (SIS100) и 8-40 ГэВ/u (SIS300). Начало эксперимента планируется на гг. с запуском SIS100. Начальная фаза эксперимента – ныне действующая модифицированная для области энергий 2 -7 ГэВ/u экспериментальная установка HADES и усеченный вариант СВМ (5-12 ГэВ/u). Важно! СВМ – один из 5 приоритетных экспериментов на FAIR, поддерживаемых бюджетом GSI. SIS18 (fixed target, GSI) – до 2 GeV/u AGS (fixed target, BNL) – до 15 GeV/u SPS (fixed target, CERN) – до 160 GeV/u RHIC (collider, BNL) – до 200 GeV/u LHC (collider, CERN) – до 3 TeV/u

4 При низких плотностях с повышением температуры нуклоны возбуждаются в барионные резонансы, рождаются мезоны – фаза адронной материи (светлая область). При более высоких температурах фазовый переход к кварк-глюонной материи (деконфаймент). Температура перехода Т С ~170 МэВ при нулевой барионной плотности, что в ~ выше температуры внутри солнца. RHIC, LHC В сильно сжатой холодной ядерной материи, как это может существовать внутри нейтронных звезд, барионы теряют свою индивидуальность и растворяются в кварки и глюоны. Однако критическая плотность для такого перехода не известна. При очень высоких плотностях и низких температурах помимо деконфаймента ожидается новый фазовый переход, при котором кварки коррелируют и формируют цветовую сверхпроводимость. RHIC, SPS, AGS, FAIR CBM – изучение сверхплотной ядерной материи, создаваемой при энергии SIS300 в центральных столкновениях тяжелых ионов (барионная плотность сравнима с плотностью в сердцевине нейтронных звезд и в ~10 раз превосходит обычную ядерную плотность). Фазовая диаграмма сильно взаимодействующей материи

5 Предсказываемые явления в сверхплотной ядерной материи модификация адронов – восстановление киральной симметрии фазовый переход к состоянию свободных кварков – деконфаймент, кварк-глюонная плазма возникновение возможно нового фазового перехода к состоянию с коррелированными кварками - цветовая сверхпроводимость новые экзотические состояния материи такие, как конденсаты странных частиц. СВМ сориентирован на измерения в доступном энергетическом диапазоне: короткоживущие легкие векторные мезоны, распадающиеся в лептонные пары странные частицы, особенно барионы, содержащие более чем один странный кварк мезоны, содержащие чарм коллективные потоки частиц event-by-event fluctuations

6 MUCH Детектор СВМ Измерение импульсов и треков частиц STS (Silicon Tracking System) – 8 слоев двусторонних стриповых детекторов размещены в сверхпроводящем дипольном магните большой апертуры На стадии исследований процессов с открытым чармом дополнительно к STS устанавливается микро вершинный детектор MVD (два слоя пиксельных детекторов, расположенных вблизи мишени) Идентификация адронов – реконструкция треков (STS и TRD) + TOF (стоп - RPC, старт – алмазный пиксельный детектор ) Идентификация электронов реконструкция треков (STS и TRD), реконструкция колец в RICH, анализ энергетических потерь в TRD Электромагнитный калориметр (ECAL) – измерение прямых фотонов, электронов, мюонов MUCH (Muon Chambers) – изучение мюонных мод распада. Первоначальная версия CBM регистрация е+е- пар от распада короткоживущих векторных мезонов и мезонов, содержащих очарованные кварки. При участии ПИЯФ предложен и принят стартовый вариант эксперимента изучение мюонных мод распада.

7 Участники ПИЯФ в СВМ (на сегодняшний день) : 1.В мюонной системе MUCH В. Баублис, С. Волков, В. Евсеев, В. Иванов, Б. Комков, Е. Крышень, Л. Кудин, В. Никулин, Е. Рощин, Г. Рыбаков, М. Рыжинский, В. Самсонов, О. Тарасенкова, А. Ханзадеев, Е. Чернышова 2. В детекторе RICH Е. Взнуздаев, В. Добырн, Е. Кормин, В. Лебедев, Н. Мифтахов, В. Поляков, В. Самсонов, О. Тарасенкова, В. Толчин

8 Структура анода 2048 падов Размер пада 1.5x 3 mm 2 Рабочая область 102x109 mm 2 Основная задача на 2010 г. – подготовка и пучковые испытания прототипов детекторов Тестовый пучок Т10 в ЦЕРНе – 5 ГэВ р и π-мезоны Интенсивность ~10 3 частиц/сек Readout – электроника ALICE (128 каналов) На тестовом пучке предстояло: 1. Измерить эффективность регистрации mip 2. Получить распределение ширины кластеров (количество сработавших соседних падов) 3. Сформулировать экспериментальные требования для разрабатываемой электроники R&D – выбор базового детектора трековой системы MUCH

9 cm Часть детектора, предназначенная для легких векторных мезонов (~7.5λ I ) Мюонный детектор MUCH Абсорбер – Fe (13.5 λ I ), центральная вставка – скорее всего W Станции 1,2,3 – три слоя 3GEM или GEM + MICROMEGAS детекторов в каждой Станции 4,5 – straw, 6 – я станция – TRT 10 7 событий/с, каждое из событий содержит до 1000 треков заряженных частиц Число каналов электроники ~ 10 6 Сейчас рассматривается более экономичный вариант: - первые три станции (с числом каналов электроники ) и первые 3 слоя абсорбера как и планировалось - слой абсорбера ~1.6 м и TRT

10 Измерения проводились для 4-х прототипов: 1.MG – Micromegas+GEM 2.TMG – Micromegas+TGEM 3.DTG – TGEM+TGEM 4.GG – GEM+GEM Под углами: 0 °, 15 °, 30 ° и 45 ° Две газовые смеси: Ar/CO2/iC4H10 (88/8/4) и He/CF4/iC4H10 (76/22/2)

11 Double TGEM Ar/CO2/iC4H10 (90/8/2) GG vs. ΔVg1&ΔVg2 (ΔVg1=ΔVg2) (ΔVag=300V, ΔVg1g2=300V, ΔVcg=800V) GGx10 3 TGEM1, TGEM2 are identical: thickness – 0.53 mm step between holes – 1 mm hole diam.– 0.6 mm rim diam mm volts A.Khanzadeev_GSI_April 2010 For double TGEM we can reach Gas Gain up to and energy resolution fwhm ~30% without visible problems Gaps: Anode-G1 – 1.5mm G1-G2 – 1.5 mm Cathode-G2 – 4 mm We are taking signals from the mesh The best energy resolution reached was 29% (fwhm)

12 Micromegas/GEM Energy resolution fwhm~35% 3.7 mm 2.6 mm 60 mcm Ar/CO2/iC4H10 (90/8/2) GEM – produced by CERN PCB has hidden contact holes GG vs. Vm&ΔVg (Vm=ΔVg) (ΔVmg=100V and 250V, ΔVcg=350V – fixed) Easy to get GG ~410 5 We are taking signals from the mesh A.Khanzadeev_GSI_April 2010

13

14 Вырезаемый сцинтилляторами профиль пучка GG~ GG~ Величина коэф. газового усиления определена исходя из измеренных спектров ΔЕ, калибровки считывающей электроники и количества первичных электронов (HEED) Все 4 прототипа показали эффективность регистрации на уровне % при планируемом газовом усилении и пороге по заряду ~ 1 fC

15 He 0° He 15°He 30° He 45° Ar 0° Распределение количества сработавших падов в области Размер пада – 1.5х3 мм 2 ~2.2 ~1.4 Прототип – Micromegas/GEM

16 Station 1Station 2Station 3Station 4Station 5 0.2x0.2, R

17 First station in case of monolithic design (left), case of modules 25.6X25.6 cm 2, and case of modules 51.2x51.2 cm 2 (right). Each variant of segmentation was tested for ωµµ Pad size 2x2 mm 2 Pad size 4x4 mm 2

18 Детектор RICH В зоне ответственности ПИЯФ: Вся механика Газовая система Система юстировки

19 Угол наклона зеркала 20° Выбор оптимального (минимальные искажения из-за деформации) закрепления зеркал

20 3-D компьютерная модель Механизм закрепления и юстировки зеркал Закрепление зеркала на юстируемых механизмах

21 Лазер и CCD камера Плоское зеркало с механизмом закрепления и голографическая линейка Стенд для экспериментальной проверки закрепления и юстировки зеркала

22 Оптический отклик на сдвиги механизма юстировки Минимальный шаг сдвига – 1 μм Точность измерения сдвига с помощью CCD камеры – 5 μм Расстояние зеркало - CCD камера 3 м Угловое разрешение – 20 μrad Стабильность – не наблюдалось какого-либо сдвига в течение одного дня

23 Gas Scheme (differential pressure stabilization) L.Kochenda

24 Планы на 2011 г. Продолжить оптимизацию мюонного детектора MUCH Сопряжение разрабатываемой в GSI электроники считывания с прототипом детектора трековой системы MUCH Испытание на пучке высокой интенсивности прототипов детекторов для мюонной системы MUCH Выбор типа базового детектора и формулирование окончательных требований на гранулярность базовых детекторов трековой системы MUCH Создание прототипа модуля механической системы детектора RICH