Физики Санкт-Петербургского государственного университета разработали детекторную систему с использованием тонких пиксельных детекторов большой площади для прецизионной регистрации траекторий заряженных частиц, которые возникают при образовании сверхплотной ядерной материи. Именно такие исследования будут проводиться на российском коллайдере NICA. Разработки ученых СПбГУ представлены в научном журнале «Известия Российской академии наук. Серия физическая».
В настоящее время в Дубне (Московская область), в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ), создается новый ускорительный комплекс NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility). После того как коллайдер будет запущен, ученые, принимающие участие в исследованиях, смогут в лабораторных условиях воссоздать особое состояние вещества, в котором пребывала Вселенная, когда начала остывать после Большого взрыва. Помимо этого перед исследователями стоит задача изучения сверхплотной ядерной материи, сравнимой с плотностями нейтронных звезд. Это фундаментальная задача, помогающая понять процессы зарождения жизни и появления органики.
Поскольку в таких исследованиях речь идет о мельчайших частицах и ядрах, сталкивающихся на больших скоростях, для их регистрации нужны специальные детекторные системы — без них увидеть и зафиксировать происходящее с частицами не удастся. Кроме того, чтобы сделать правильные выводы, необходимо регистрировать траектории их разлета с высочайшей точностью.
Физика-ядерщика в данном случае можно сравнить с охотником, который по следу должен определить зверя, оставившего его, и выбрать путь. Так и ученые по траектории движения частиц способны воссоздать их природу, понять, каким был импульс и многое другое. Все эти детали позволяют по мельчайшим подробностям собирать картину Вселенной.
«В своей работе мы изучили весь мировой опыт создания детекторных технологий, в том числе используемых на Большом адронном коллайдере. После этого, используя существующие технологии, мы попытались адаптировать их под задачи экспериментов на NICA, то есть для исследований сверхплотной ядерной материи. Это позволило нам разработать наиболее эффективную для данного проекта концепцию и создать отдельные элементы детекторной системы, которые могут быть использованы на российском коллайдере в ближайшем будущем», — рассказал заведующий учебной лабораторией ядерных процессов СПбГУ доцент Владимир Жеребчевский.
Разработанная технология схожа с пиксельной матрицей фотоаппарата, которая регистрирует видимый глазу свет. По аналогичным принципам детекторы ученых СПбГУ регистрируют ядерное излучение. Причем сделаны они с использованием главного материала в современной микроэлектронике — кремния, на платформе из которого можно совместить и детектор, и все электронные устройства, необходимые для подобных высокоточных исследований.
«Создается множество слоев из этих пикселей, расположенных на тысячах платформ. Благодаря их обилию можно регистрировать с большой точностью любую траекторию частиц. Это самый передовой край науки, такие устройства сейчас делают мировые лидеры в области ядерной физики», — пояснил Владимир Жеребчевский.
Работа выполнена в рамках проекта «Сверхплотная ядерная материя и способы ее исследования в экспериментах на ускорительно-накопительном комплексе NICA», поддержанного грантом РНФ.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ
Источник фото: ru.123rf.com
