2025-02-21T08:35:58-05:00 DEBUG: VuFindSearch\Backend\Solr\Connector: Query fl=%2A&wt=json&json.nl=arrarr&q=id%3A%22irk-123456789-201792%22&qt=morelikethis&rows=5
2025-02-21T08:35:58-05:00 DEBUG: VuFindSearch\Backend\Solr\Connector: => GET http://localhost:8983/solr/biblio/select?fl=%2A&wt=json&json.nl=arrarr&q=id%3A%22irk-123456789-201792%22&qt=morelikethis&rows=5
2025-02-21T08:35:58-05:00 DEBUG: VuFindSearch\Backend\Solr\Connector: <= 200 OK
2025-02-21T08:35:58-05:00 DEBUG: Deserialized SOLR response
Про стан та перспективи досліджень з фізики високих енергій у рамках участі в міжнародних колабораціях LHCb (CERN, Geneva) та CBM (GSI/FAIR, Darmstadt) (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 січня 2024 р.)

Про стан та перспективи досліджень з фізики високих енергій у рамках участі в міжнародних колабораціях LHCb (CERN, Geneva) та CBM (GSI/FAIR, Darmstadt) (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 січня 2024 р.)

У доповіді розглянуто результати досліджень та перспективи розширення участі Інституту ядерних досліджень НАН України в експериментах міжнародних колаборацій LHCb і CBM в рамках модернізації їхніх трекових систем з використанням новітніх монолітних мікропіксельних детекторів, виготовлених за CMOS-н...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Main Author: Пугач, В.М.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2024
Series:Вісник НАН України
Subjects:
З кафедри Президії НАН України
Online Access:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/201792
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
id irk-123456789-201792
record_format dspace
spelling irk-123456789-2017922025-02-01T17:44:00Z Про стан та перспективи досліджень з фізики високих енергій у рамках участі в міжнародних колабораціях LHCb (CERN, Geneva) та CBM (GSI/FAIR, Darmstadt) (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 січня 2024 р.) Пугач, В.М. З кафедри Президії НАН України У доповіді розглянуто результати досліджень та перспективи розширення участі Інституту ядерних досліджень НАН України в експериментах міжнародних колаборацій LHCb і CBM в рамках модернізації їхніх трекових систем з використанням новітніх монолітних мікропіксельних детекторів, виготовлених за CMOS-нанотехнологіями. Така модернізація уможливить проведення фізичних вимірювань за десятикратно підвищеної світності експериментів із відповідним зростанням їх статистичної значущості й точності просторово-часових характеристик реконструйованих фізичних подій. В Інституті створено також систему оцінки якості мікродетекторів. The report examines the results of research and the prospects for expanding the participation of the Institute for Nuclear Research of the NAS of Ukraine in the experiments of international collaborations LHCb and CBM within the framework of the modernization of their track systems using the novel monolithic micropixel detectors manufactured using CMOS nanotechnology. Such modernization will allow for conducting physical measurements at a tenfold increased luminosity of experiments with a corresponding increase in their statistical significance and accuracy of spatio-temporal characteristics of reconstructed physical events. The Institute has also created a quality assessment system for microdetectors. 2024 Article Про стан та перспективи досліджень з фізики високих енергій у рамках участі в міжнародних колабораціях LHCb (CERN, Geneva) та CBM (GSI/FAIR, Darmstadt) (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 січня 2024 р.) / В.М. Пугач // Вісник Національної академії наук України. — 2024. — № 3. — С. 69-76. — укр. 1027-3239 DOI: doi.org/10.15407/visn2024.03.069 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/201792 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
topic З кафедри Президії НАН України
З кафедри Президії НАН України
spellingShingle З кафедри Президії НАН України
З кафедри Президії НАН України
Пугач, В.М.
Про стан та перспективи досліджень з фізики високих енергій у рамках участі в міжнародних колабораціях LHCb (CERN, Geneva) та CBM (GSI/FAIR, Darmstadt) (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 січня 2024 р.)
Вісник НАН України
description У доповіді розглянуто результати досліджень та перспективи розширення участі Інституту ядерних досліджень НАН України в експериментах міжнародних колаборацій LHCb і CBM в рамках модернізації їхніх трекових систем з використанням новітніх монолітних мікропіксельних детекторів, виготовлених за CMOS-нанотехнологіями. Така модернізація уможливить проведення фізичних вимірювань за десятикратно підвищеної світності експериментів із відповідним зростанням їх статистичної значущості й точності просторово-часових характеристик реконструйованих фізичних подій. В Інституті створено також систему оцінки якості мікродетекторів.
format Article
author Пугач, В.М.
author_facet Пугач, В.М.
author_sort Пугач, В.М.
title Про стан та перспективи досліджень з фізики високих енергій у рамках участі в міжнародних колабораціях LHCb (CERN, Geneva) та CBM (GSI/FAIR, Darmstadt) (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 січня 2024 р.)
title_short Про стан та перспективи досліджень з фізики високих енергій у рамках участі в міжнародних колабораціях LHCb (CERN, Geneva) та CBM (GSI/FAIR, Darmstadt) (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 січня 2024 р.)
title_full Про стан та перспективи досліджень з фізики високих енергій у рамках участі в міжнародних колабораціях LHCb (CERN, Geneva) та CBM (GSI/FAIR, Darmstadt) (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 січня 2024 р.)
title_fullStr Про стан та перспективи досліджень з фізики високих енергій у рамках участі в міжнародних колабораціях LHCb (CERN, Geneva) та CBM (GSI/FAIR, Darmstadt) (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 січня 2024 р.)
title_full_unstemmed Про стан та перспективи досліджень з фізики високих енергій у рамках участі в міжнародних колабораціях LHCb (CERN, Geneva) та CBM (GSI/FAIR, Darmstadt) (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 січня 2024 р.)
title_sort про стан та перспективи досліджень з фізики високих енергій у рамках участі в міжнародних колабораціях lhcb (cern, geneva) та cbm (gsi/fair, darmstadt) (стенограма наукової доповіді на засіданні президії нан україни 10 січня 2024 р.)
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate 2024
topic_facet З кафедри Президії НАН України
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/201792
citation_txt Про стан та перспективи досліджень з фізики високих енергій у рамках участі в міжнародних колабораціях LHCb (CERN, Geneva) та CBM (GSI/FAIR, Darmstadt) (стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 10 січня 2024 р.) / В.М. Пугач // Вісник Національної академії наук України. — 2024. — № 3. — С. 69-76. — укр.
series Вісник НАН України
work_keys_str_mv AT pugačvm prostantaperspektividoslídženʹzfízikivisokihenergíjuramkahučastívmížnarodnihkolaboracíâhlhcbcerngenevatacbmgsifairdarmstadtstenogramanaukovoídopovídínazasídanníprezidíínanukraíni10síčnâ2024r
first_indexed 2025-02-09T04:48:18Z
last_indexed 2025-02-09T04:48:18Z
_version_ 1823553878786834432
fulltext ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2024, № 3 69 ПРО СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ ДОСЛІДЖЕНЬ З ФІЗИКИ ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ У РАМКАХ УЧАСТІ В МІЖНАРОДНИХ КОЛАБОРАЦІЯХ LHCB (CERN, GENEVA) ТА CBM (GSI/FAIR, DARMSTADT) Стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 10 січня 2024 року У доповіді розглянуто результати досліджень та перспективи розширен- ня участі Інституту ядерних досліджень НАН України в експериментах міжнародних колаборацій LHCb і CBM в рамках модернізації їхніх тре- кових систем з використанням новітніх монолітних мікропіксельних де- текторів, виготовлених за CMOS-нанотехнологіями. Така модернізація уможливить проведення фізичних вимірювань за десятикратно підвище- ної світності експериментів із відповідним зростанням їх статистичної значущості й точності просторово-часових характеристик реконструйо- ваних фізичних подій. В Інституті створено також систему оцінки якос- ті мікродетекторів. Шановний Анатолію Глібовичу! Шановні члени Президії! Людство вже витратило кілька десятків мільярдів доларів і найближчими десятиліттями витратить ще більше на дослі- дження з фізики високих енергій. У своїй доповіді я спробую пояснити чому. Інститут ядерних досліджень (ІЯД) НАН України є офіцій- ним учасником міжнародних колаборацій LHCb (CERN, Же- нева, Швейцарія) і CBM (GSI/FAIR, Дармштадт, Німеччина). У складі колаборації LHCb налічується 1630 учасників з 98 на- укових центрів 22 країн світу. До їх числа входять і науковці ІЯД НАН України (8—14 осіб у різні періоди, починаючи з 1995 р.), ННЦ «Харківський фізико-технічний інститут» (1—5 осіб у різні роки), а нещодавно за асоційованим членством приєдналися учасники спільних досліджень з Київського на- ціонального університету імені Тараса Шевченка (2 особи) та Інституту сцинтиляційних матеріалів НАН України (2 особи). ПУГАЧ Валерій Михайлович — член-кореспондент НАН України, завідувач відділу фізики високих енергій Інституту ядерних досліджень НАН України doi: https://doi.org/10.15407/visn2024.03.069 70 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2024. (3) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Виконавши дві серії фізичних вимірювань RUN1 (2008—2012) та RUN2 (2014—2018) з оригінальною детекторною системою, колабо- рація здійснила першу модернізацію детекто- ра і розпочала третю серію вимірювань RUN3 (2022—2026). За результатами цих робіт було опубліковано понад 700 статей за співавтор- ства 1097 вчених, з яких 9 — співробітники ІЯД НАН України, 5 — науковці з ННЦ ХФТІ. До складу колаборації CBM входять 315 учасників з 50 наукових організацій різних країн. Інститут ядерних досліджень НАН України в CBM у різні періоди, починаючи з 2008 р., представляють 5—10 вчених, Київ- ський національний університет імені Тараса Шевченка — 4 науковці. В експериментах LHCb та CBM з метою пошуку Нової фізики колаборації планують і здійснюють прецизійні вимірювання мульти- диференційних поперечних перерізів генерації дивних (strange), чарівних (charm) та прекрас- них (beauty) адронів. Зараз тривають грандіоз- ні за задумом програми модернізації цих екс- периментів, які передбачають створення прак- тично нових детекторних систем для роботи з 10—20-кратно збільшеними світностями за енергій до 14 ТеВ (експеримент HL-LHC). Реалізація такого завдання з перспективою на 10—20 років стала можливою, зокрема, завдя- ки прогресу в отриманні високоінтенсивних пучків прискорених ядер на Великому адрон- ному колайдері* (ВАК). Коротко зупинюся на деяких важливих ха- рактеристиках експериментів, спрямованих на пошук нових горизонтів фізики високих енер- гій. Введення в дію в ЦЕРН Великого адрон- ного колайдера (вартість проєкту становила понад $10 млрд) відкрило новий простір знань, недосяжних до того на інших експерименталь- них методиках. Чотири міжнародні колабора- ції (ATLAS, CMS. ALICE, LHCb) розбудували свої гігантські детектори з амбітною метою — імітувати в зіткненнях пучків прискорених ядер умови Великого вибуху, який 15 млрд років тому ініціював нинішній Всесвіт! До- слідження на ВАК — це крок у незнану раніше область енергій близько 1013 еВ. Цілком при- родно очікувати, що у кварк-глюонному світі з новою шкалою просторових (10–18 м) та ча- сових (10–26 с) характеристик відбуваються зо- всім нові фізичні явища. Розглянемо ймовірність спостереження но- вого фізичного явища: Xnew = Wnew ·Lumi·eff, де Xnew — кількість шуканих нових подій; Wnew — імовірність нових подій (від Приро- ди); Lumi — світність зіткнень ядерних пучків ВАК, що визначається режимом роботи ВАК; еff — ефективність детектора, яка залежить від розробників експерименту (геометричний ак- септанс, радіаційна стійкість, грануляція, про- сторові та часові характеристики, петабайтні потоки даних тощо). На рис. 1 схематично показано структуру детектора форвардного спектрометра LHCb, спорудженого в 2008 р. для пошуку та дослі- дження властивостей процесів за енергій зі- ткнень до 14 ТеВ. Це пірамідальна споруда (довжиною 20 м та висотою в основі близько 10 м) з вершиною в області точки зіткнень ядер двох зустрічних пучків ВАК, які цирку- люють у периметрі тунелю завдовжки 27 км, розташованого на глибині 100 м неподалік від центрального офісу ЦЕРН y прикордонній зоні Франції та Швейцарії. Функціонально детекторні підсистеми (Vertex Locator, RICH, UT, Magnet, T1-T3, ECAL, HCAL, M1-M5) призначені для реконструкції фізичних подій з використанням реконструйованих треків та вершин розпадів проміжних резонансних ста- нів, продуктів ядерних зіткнень пучків ВАК в області IP8-LHCb. Зазначимо, що маленька літера b в назві експерименту відображає його призначення для дослідження властивостей матерії-антиматерії через спостереження зако- номірностей утворення та розпаду В-мезонів, до складу яких входить b-кварк та/або анти- * Слід відзначити ювелірну роботу операторів ВАК, які спрямовують сфокусовані до мікронних розмірів інтенсивні пучки протонів з енергією 7·1012 еВ в об- ласть точки їх зіткнення (IP8, LHCb), адже за один оберт по 27-кілометровому тунелю вони переносять енергію, еквівалентну вибуху кількох сотень кілогра- мів тринітротолуолу. ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2024, № 3 71 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ b-кварк. Вибір В-мезонів пояснюється тим, що період їхнього напіврозпаду (~5·10–12 с) на багато порядків перевищує величини часу їх- нього утворення (10–23 с) у зіткненнях ядер. Це робить їх ідеальними зразками для досліджен- ня еволюції матерія-антиматерія. Нижче наведено приклади деяких результа- тів LHCb, отриманих за участі ІЯД НАН Укра- їни. Загальновідома Стандартна модель (СМ) констатує: в момент Великого вибуху, який прийнято вважати початком утворення Всес- віту, матерія і антиматерія існували в рівній кількості. Проте всі сучасні дослідження пока- зують наявність лише матеріального світу. Що ж сталося з антиматерією? Пошук відповіді на це питання — один із головних напрямів до- сліджень в експерименті LHCb. Інститут ядерних досліджень НАН Укра- їни, зважаючи на його успішну участь (пер- ша і єдина у світі 8-мішенна система) в екс- перименті HERA-B (DESY, Гамбург), також пов’язаному з В-фізикою, в 1995 р. увійшов до складу ініціативної групи із заснування кола- борації LHCb (одна з найбільших груп у кола- борації того часу, яка налічувала 8 осіб з ІЯД НАН України). Конструктивним внеском ІЯД НАН України стала участь у створенні вну- трішнього кремнієвого трекера LHCb (перші прототипи мікростріпових сенсорів було роз- роблено в Україні!). Для запобігання радіацій- ному пошкодженню високовартісних кремні- євих сенсорів було створено і встановлено у внутрішньому трекері «прозору», легкомасову, радіаційно стійку систему моніторингу умов і безпеки експерименту, створену на основі ори- гінальної технології металевих фольгових де- текторів, розробленої науковцями ІЯД НАН України. Завдяки ексклюзивно високим характерис- тикам створеного детектора колаборація LHCb отримала низку фундаментальних результатів світового рівня у фізичних вимірюваннях (на- разі триває їх третя серія RUN3 (2022—2026)), представлених у сотнях статей у високорей- тингових журналах. Зокрема, з найвищою у світі точністю досліджено закономірності збудження та розпаду прекрасних (beauty) В-мезонів. Для усіх п’яти їх конфігурацій (B0, Bd, Bu, Bs, Bc) виміряно частоти їхніх осциляцій (В-анти-В), які узгоджуються з розрахунками в рамках СМ. Уперше спостережені порушен- ня СP-парності в розпадах чарівних (charm) D-мезонів також пояснюються з позицій су- часної СМ, залишаючи таємницю зникнення антиматерії для подальших досліджень, адже для її розуміння СМ повинна була б оперувати параметрами порушення СP-парності на два порядки більшими, ніж спостережено! Мож- ливий шлях до істини полягає в пошуку нових фізичних процесів, що спричинюють асиме- трію еволюції матерія-антиматерія. Ці процеси можуть проявити себе в даних з набагато ви- щою точністю та/або за значно вищих енергій зіткнень (у проєкті ЦЕРН FCC на 100 TeВ). Серед інших досягнень LHCb, у роботі над якими брав участь ІЯД НАН України, — від- Рис. 1. Схема форвард- ного спектрометра LHCb 72 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2024. (3) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ криття пента-кварків та підтвердження іс- нування тетра-кварків, перші у світі спосте- реження понад 60 нових резонансних станів адронів, рідкісні розпади B- та D-мезонів до двомюонного кінцевого стану, підтвердження універсальності лептонного аромату, унікальні дані щодо генерації адронів у зіткненнях важ- ких ядер у колайдерному режимі та режимі фіксованої мішені тощо. На сьогодні очевидно, що програма до- сліджень з фізики обмежена детектором, а не самим ВАК, і це є аргументом на користь модернізації детектора, яка вже триває (UP- GRADE II) і спрямована на створення нового детектора для четвертої (RUN4) та наступних серій вимірювань — RUN5, RUN6 (2035— 2045). Часовий розклад запланованих фізич- них вимірювань на ВАК (RUN3, RUN4, RUN5, RUN6) та профілактичних зупинок (LS3, LS4) наведено на рис. 2. LHCb є єдиною у світі експериментальною методикою загального призначення для ви- вчення фізики ароматів з часовою детальністю в кілька десятків фемтосекунд. Вимірюючи дані за миттєвої світності зіткнень 1,5·1034 см–2c–1, колаборація накопичить дані з інтегральною світністю понад 300 фб–1, яка в 40 разів пере- вищить інтегральну світність наявних на сьо- годні даних. Особливий внесок ІЯД НАН України — це розроблення режиму фіксованої металевої мі- шені, в рамках якого, зокрема, розглянуто пер- шу у світі пропозицію здійснення потрійних зіткнень ядер. Цю ідею з натхненним ентузіаз- мом розвивав вчений з Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України Кирило Бугаєв. На жаль, COVID-19 забрав життя цього талановитого науковця. Вагомі результати отримано в досліджен- нях так званого фактора ядерної модифікації диференційних поперечних перерізів гене- рації K0 S та Λ-, анти-Λ-адронів у зіткненнях протонів з ядрами свинцю за енергії 5,02 TeВ. Спостережені нетривіальні особливості варі- ації цього фактора залежно від поперечного імпульсу — пригнічення за малих імпульсів, перехід до підсилення з характерним максиму- мом та наближення до одиничного значення (модифікація зникає) — ще очікують на інтер- претацію сучасними теоретичними моделями. Ці роботи набувають нового значення в пошу- ку сигнатур кварк-глюонної плазми в зіткнен- нях ядер (колайдерний режим та режим фік- сованої мішені) в рамках грантового проєкту MPG (2023—2025) програми EIRENE. Вагомим матеріальним внеском ІЯД НАН України в завершену в 2021 р. першу чергу мо- дернізації LHCb (Upgrade І) стало введення в дію системи моніторингу області світності та фону експерименту RMS-R3 (рис. 3). Система RMS-R3, побудована в ІЯД НАН України за технологією металевих фольгових детекторів, продемонструвала у 2022—2023 рр. надзвичайно високі функціональні характе- ристики. На рис. 3а наведено схему розташу- вання металевих сенсорних модулів системи RMS-R3 навколо іонопроводу ВАК у верти- кальній площині на відстані 2,5 м від номіналь- ної точки зіткнень у напрямку, зворотному до розташування детектора, представленого на рис. 1; на рис. 3б — двовимірне відображення області взаємодій ядер (IP8-LHCb), розрахо- ване методом асиметрії відгуку вертикальних (TOP-BOTTOM, вісь Y) та горизонтальних (LEFT-RIGHT, вісь Х) сенсорів. Дві чітко ви- ражені локалізації подій відповідають двом Рис. 2. Розклад фізичних вимірювань та профілактичних зупинок на ВАК на період 2022—2040 рр. ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2024, № 3 73 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ умовам експерименту: зіткнення протонів з протонами (локус унизу) та зіткнення прото- нів з ядрами фіксованої мішені (локус вгорі). Дані RMS-R3 в онлайн-режимі відображають- ся на пульті керування експерименту LHCb і для вахтової зміни фізиків слугують основою для відновлення прийнятних умов зіткнень пучків ядер ВАК в області взаємодії IP8 LHCb після їх нової інжекції та прискорення (ця про- цедура повторюється кожні 10—12 годин про- тягом 6-місячної серії фізичних вимірювань). Особливості функціональних характерис- тик RMS-R3 покладено в основу дизайну нової системи моніторингу області світності та фону експерименту RMS-R4,5 в рамках другої черги модернізації LHCb (UPGRADE ІІ), спрямова- ної на здійснення фізичних вимірювань в епоху надвисокої світності ВАК (HI-LHC). Додатково у співпраці з науковцями компанії LTU (м. Хар- ків) розгортаються роботи з розбудови внутріш- нього трекера (Mighty Tracker) на основі моно- літних активних піксельних сенсорів MightyPix. Друга частина доповіді стосується стану і перспектив майбутнього експерименту CBM (стиснена баріонна матерія), який зараз роз- гортають у GSI/FAIR (Дармштадт, Німеччи- на). В експерименті СВМ за участю ІЯД НАН України буде досліджено фазову діаграму квантової хромодинаміки в області високих баріонних густин (рис. 4). Високі температури при порівняно неви- сокій густині реалізуються в експериментах у ЦЕРН (LHC, SPS) та в Брукхейвенській наці- ональній лабораторії США (RHIC). Енергії зі- ткнень (2—9 ГеВ/нуклон) ядер в експерименті СВМ дадуть можливість дослідити діаграму в області низьких температур з фазовим перехо- дом від густин звичайних ядер до 3—4-кратно більших густин (нижня частина діаграми). Очікується, що екстремальних умов у зі- ткненнях пучка важких іонів з ядрами фік- сованої мішені буде досягнуто на майбутньо- му прискорювачі SIS100 за енергій 2—9 ГеВ/ нуклон. Цей прискорювач входить до складу прискорювально-накопичувального комп- лексу FAIR/GSI, який будують у Дармштадті (вартість проєкту становить 1,2 млрд євро). ІЯД НАН України є членом колаборації СВМ з 2008 р. і бере участь у створенні крем- нієвої трекової системи (КТС) експерименту СВМ. Як головна детекторна система експе- рименту, КТС призначена для реконструкції треків адронів, продуктів ядерних взаємодій Рис. 3. Моніторингова система експерименту LHCb RMS-R3: а — схема розташування сенсорних модулів навколо іонопроводу ВАК; б — двовимірний розподіл асиметрії відгуків сенсорів вертикального (вісь Y) та горизонтального (вісь Х) розташування 74 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2024. (3) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ станцій КТС всередині дипольного магніту з напруженістю магнітного поля 2 Тесла. Укра- їнські аспіранти — співробітники відділу фізи- ки високих енергій ІЯД НАН України на мате- ріалах розробки КТС захистили 5 дисертацій докторів філософії. Хоча першу серію фізичних вимірювань СВМ на SIS100 заплановано на 2028—2032 рр., вже розпочалося розроблення проєкту мо- дернізації CBM на 10—15-річну перспективу. Зокрема, ІЯД НАН України ініціативно по- дав на розгляд колаборації пропозицію (EOI) модернізації КТС. Її пропонується здійснити на основі новітніх радіаційно стійких моно- літних піксельних сенсорів (28-нанометрова технологія Tower Jazz CMOS) для підвищення світності експерименту на порядок величини і, відповідно, поліпшення статистичної точ- ності та просторово-часових характеристик реконструйованих фізичних подій. Монолітні активні піксельні сенсори (MAPS) мають ви- соку радіаційну стійкість (до кількох МГрей), їх можна виготовити товщиною близько 30— 50 мкм з 10-мікронною грануляцією, і вони забезпечують прецизійну часову мітку зареє- строваної події (до 10 пікосекунд). Стандартна CMOS-технологія виготовлення забезпечує в 2—3 рази меншу собівартість порівняно з ін- шими сенсорами. У пропонованому проєкті розглянуто три варіанти модернізації КТС. Перший варіант — повна заміна двосторонніх мікростріпових кремнієвих сенсорів (3,5 млн євро). Другий варіант пропонованої модерніза- ції КТС схематично зображено на рис. 5. Він ґрунтується на комбінації детекторів Migh- tyPix та двосторонніх мікростріпових крем- нієвих детекторів. MightyPix передбачається встановлювати в перших трьох станціях (де високі радіаційні навантаження), інші 5 стан- цій оснащувати детекторами MightyPix лише в області високих радіаційних навантажень біля осі пучка, а на периферійній частині гео- метричного аксептансу залишити двосторонні мікростріпові кремнієві детектори. Третій варіант — це комбінація MAPS Migh- tyPix в області високих радіаційних наванта- Рис. 4. Фазова діаграма квантової хромодинаміки: по осі Y — температура; по осі Х — хімічний баріонний потенціал (густина речовини). Суцільна лінія розме- жовує адронну фазу і гіпотетичну фазу кварк-глюон- ної плазми Рис. 5. Схематичне зображення 8 станцій кремнієвої трекової системи (КТС), розташованих у геометрич- ному аксептансі за полярним кутом від 2,5 до 25° все- редині дипольного магніту. Цей варіант модернізації КТС передбачає комбінацію детекторів MAPS та по- передньо встановлених двосторонніх мікростріпових кремнієвих детекторів. Менша кількість мікросхем MightyPix втричі знижує енергоспоживання (2,5 кВт). Відповідно, витрати на MAPS знижуються з 2,5 до 0,8 млн євро пучка важких ядер, прискорених на SIS100, з ядрами фіксованої мішені. У 2023 р. на основі результатів тестів двох зібраних станцій КТС підтверджено ефективність розробленої кон- цепції монтажу фінальних модулів та всіх 8 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2024, № 3 75 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ жень зі сцинтиляційними волокнами (SciFi) на периферійній частині геометричного аксептан- су (SciFi зчитуються спеціальною технікою на основі кремнієвих фотопомножувачів). Слід зазначити, що організацію експеримен- ту СВМ розглядають як створення наземної лабораторії з дослідження властивостей ней- тронних зірок, зокрема процесів їх злиття та переходу до об’єктів з надвисокою густиною в їхній корі (рис. 6). Детекторні системи та методи аналізу отри- маних з їх використанням даних з фізики висо- ких енергій можна ефективно застосовувати й в інших галузях науки. Зокрема, нижче наведено деякі приклади проведених науковцями ІЯД НАН України у співпраці з іншими наукови- ми установами успішних випробувань мікро- детекторів (більшість з них — уперше у світі). Так, в Інституті прикладної фізики НАН Укра- їни та Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України отримано важливі результати з впровадження в традицій- ні методики досліджень так званої електронної фокальної площини на основі мікропіксельних детекторів Timepix (ЦЕРН) та металевих мі- кростріпових детекторів (ІЯД НАН України). Їх застосування в лазерній мас-спектрометрії та рентгенівській дифрактометрії швидкоплин- них процесів підвищило точність та скоротило час вимірювань у десятки разів. Не менш зна- чущі результати отримано при застосуванні мікродетекторів як профілометрів мікропучків заряджених частинок та рентгенівського випро- мінювання. В Хайдельберзькому іонному тера- певтичному центрі (HIT, Хайдельберг, ФРН) та на Європейському синхротроні (ESRF, Гре- нобль) вперше було виміряно розподіли інтен- сивності мікропучків у режимі реального часу в дослідженнях, пов’язаних з розвитком нових принципів просторово фракціонованої радіа- ційної терапії. Надтонкі (1 мкм!) мікростріпо- ві металеві детектори успішно застосовано як «прозорі» профілометри пучків заряджених частинок на тандем-генераторах в Інституті ядерної фізики Макса Планка (м. Хайдельберг, ФРН) та Інституті ядерних досліджень НАН України, а також у ЦЕРН на тестовому пучку з енергією 2 ГеВ. Тепер коротко зупинюся на організації робіт з модернізації в колабораціях LHCb та CBM. LHCb (ЦЕРН): ІЯД НАН України — RMS- R4,5; MightyTracker, тести MightyPix (спільно з LTU). Кожні пів року керівництво колабора- ції LHCb звітує перед Радою з нагляду за ви- користанням ресурсів на модернізацію (RRB LHC), зокрема й щодо фінансових внесків на- ціональних агентств. У 2022—2023 рр. я був учасником цих засідань як національний кон- тактний представник України і за погоджен- ням з президентом НАН України А.Г. Загоро- днім підтверджував зацікавленість України в тому, щоб брати участь у роботах з модерніза- Рис. 6. Модельні розрахунки ево- люції процесів зі стисненням матерії при злитті нейтронних зірок (вгорі) та в зі- ткненнях важких ядер (внизу) 76 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2024. (3) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ ції, а також у подальших фізичних досліджен- нях на ВАК. На знак солідарності з Україною в її бороть- бі проти російської агресії за поданням кола- борації LHCb було прийнято рішення про спи- сання боргу України (360 тис. швейцарських франків), накопиченого за минулі роки. CBM (GSI/FAIR): ІЯД НАН України — крем- нієва трекова система. Щотижня відбуваються робочі наради, на яких розглядають поточний стан виконання робіт з монтажу та випробу- вання детекторних модулів і станцій КТС і в яких беруть участь співробітники Інституту. Отже, в експерименті LHCb (ЦЕРН) отри- мано низку фізичних результатів світового рівня, опублікованих за співавторства 7 на- уковців (з них 6 молодих вчених) ІЯД НАН України. У новій серії фізичних вимірювань (2022—2025) надійно функціонує моніторин- гова система RMS-R3, яка контролює умо- ви та безпеку експерименту. Дані RMS-R3 є основою для дизайну нових моніторингових систем RMS-R4,5 для надвисоких світностей експерименту в епоху HL-LHC (2035—2040). Розширюється участь Інституту в роботах з модернізації MightyTracker. Фізичні цілі експериментів LHCb та СВМ по- требують створення нових прецизійних детек- торних систем для вимірювань за високих частот ядерних взаємодій. ІЯД НАН України бере кон- структивну участь у виконанні програм модерні- зації в рамках колаборацій LHCb та CBM. Розроблено проєкт (EOI) модернізації кремнієвої трекової системи експерименту СВМ на основі MAPS MightyPix для фізичних вимірювань за десятикратно збільшеної часто- ти ядерних взаємодій. Програми модернізації LHCb і СВМ відкри- вають нові горизонти фізики високих енергій з отриманням статистично значущих даних, виміряних з високою часовою та просторовою точністю. Виконання зазначених у доповіді дослі- джень відбувалося й продовжується за бю- джетною темою ІЯД НАН України «Адро- нізація кваркових станів в ядро-ядерних зі- ткненнях на Великому адронному колайдері при енергіях до 14 ТеВ» (2022—2026); в рам- ках цільових програм наукових досліджень НАН України «Фундаментальні дослідження з фізики високих енергій та ядерної фізики (міжнародне співробітництво)» та «Участь у новітніх міжнародних проєктах з фізики висо- ких енергій та ядерної фізики», а також гран- тів програм Європейського Союзу з наукових досліджень та інновацій EIRENE (MPG) і EURIZON (2022—2024). Дякую за увагу! За матеріалами засідання підготувала О.О. Мележик Valery M. Pugatch Institute for Nuclear Research of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5204-9821 ON THE STATE AND PROSPECTS OF RESEARCH IN HIGH-ENERGY PHYSICS WITHIN THE FRAMEWORK OF PARTICIPATION IN INTERNATIONAL COLLABORATIONS LHCB (CERN, GENEVA) AND CBM (GSI/FAIR, DARMSTADT) Transcript of scientific report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, January 10, 2024 The report examines the results of research and the prospects for expanding the participation of the Institute for Nuclear Research of the NAS of Ukraine in the experiments of international collaborations LHCb and CBM within the framework of the modernization of their track systems using the novel monolithic micropixel detectors manufactured using CMOS nanotechnology. Such modernization will allow for conducting physical measurements at a tenfold increased luminosity of experiments with a corresponding increase in their statistical significance and accuracy of spatio-temporal characteristics of reconstructed physical events. The Institute has also created a quality assessment system for microdetectors. Cite this article: Pugatch V.M. On the state and prospects of research in high-energy physics within the framework of participation in international collaborations LHCb (CERN, Geneva) and CBM (GSI/FAIR, Darmstadt). Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2024. (3): 69—76. https://doi.org/10.15407/visn2024.03.069

Similar Items