Первичные пучки /s, GeV/u, ионы до 238 U 2×10 13 /s, 30 GeV, протоны вплоть до 90 GeV, протоны /s, GeV/u, ионы до 238 U Вторичные пучки широкий набор радио- активных пучков, GeV/u антипротоны, 3 30 GeV Накопительные кольца радиоактивные пучки e-A коллайдер /s, накопленные и охлажденные антипротоны, GeV Существующий ускорительный комплекс GSI, содержащий линейный ускоритель UNILAC, синхротрон тяжелых ионов SIS18, фрагмент-сепаратор FRS и накопительное кольцо ESR (показано серым), и новый проект, включающий двойное кольцо синхротронов SIS100/300, высокоэнергичное накопительное кольцо HESR, коллекторное кольцо CR, новое накопительное кольцо NESR и фрагмент-сепаратор Super-FRS (показано красным). FAIR – Facility for Beams of Ions and Antiprotons – принятый к осуществлению проект стоимостью ~1200 М в GSI, Дармштадт. Официальное начало строительства – г.

Установка CBM CBM (Compressed Baryonic Matter) – эксперимент по ядро-ядерному взаимодействию на выведенном пучке ядер (вплоть до урана) с энергией ГэВ/u (SIS100/300). 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 T eV/u Начало эксперимента планируется на 2014 (2015) г. с запуском SIS100. Важно! СВМ – один из 5 приоритетных экспериментов на FAIR, поддерживаемых бюджетом GSI. Начальная фаза эксперимента – ныне действующая экспериментальная установка HADES, размещенная перед мишенью СВМ, для области энергий 2 -7 ГэВ/u и, возможно, усеченный вариант СВМ.

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. SPS, 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. SIS18, AGS, FAIR CBM – изучение сверхплотной ядерной материи, создаваемой при энергии SIS300 в центральных столкновениях тяжелых ионов (барионная плотность, сравнимая с плотностью в сердцевине нейтронных звезд и в ~10 раз превосходящая обычную ядерную плотность). Фазовая диаграмма сильно взаимодействующей материи

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 флуктуации

Дилептонные распады короткоживущих векторных мезонов – инструмент для изучения возможного восстановления киральной симметрии в плотной среде. Модификация спектра инвариантной массы для е + е - (μ + μ - ) пар. Диэлектронный спектр инвариантной массы, измеренный на SPS, в сравнении с ожидаемым

Относительный рост рождения странности рассматривается как признак деконфаймента (рождение пар странных кварков в кварк-глюонной плазме энергетически выгодней, чем в адронной материи) Pb+Pb, 158 GeV/u Эффект должен быть наиболее выражен для выхода мульти-странных частиц, как это и наблюдалось на SPS, NA49 и WA97/NA57

Рождение чарма – еще более чувствительный зонд горячей и плотной среды, создаваемой в столкновении тяжелых ионов. Модификация D-мезонов – восстановление киральной симметрии Подавление выхода чармониума - признак существования кварк-глюонной плазмы Выход J/Ψ-мезонов в зависимости от поперечной энергии. Кривые – результаты расчетов с учетом поглощения J/Ψ в адронной материи.

MUCH Детектор СВМ Интенсивность событий до 10 МГц В каждом событии до 1000 заряженных частиц 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.

Участие ПИЯФ на сегодняшний день: 1.В мюонной системе MUCH оптимизация абсорбера и трековой системы R&D базовых трековых детекторов проектирование трековой системы MUCH 2. В детекторе RICH - дизайн механики 3. В детектореTRD – R&D трековых детекторов на основе straw 5. Обсуждается участие в системах газоснабжения 6. Обсуждается участие в разработке и производстве электроники

Standard Muon Chambers (MuCh) system low-mass vector meson measurements (compact setup) 7.5 λ I 13.5 λ I Fe cm 5% occupancy for central Au+Au collisions at 25 AGeV Total number of channels: min pad mm 2 max pad mm 2

ToF time resolution 80 ps Time measurements in MuCh ω + central Au+Au collisions at 25 AGeV with ToF S/B ε ω % with ToF

Material of pipe shielding particles/(event×cm 2 ) Fe W Pb + Fe central Au+Au collisions at 25 AGeV

Alternative muon systems central Au+Au collisions at 25 AGeV 10 cm Fe 20 cm Fe 30 cm Fe 40 cm Fe Варианты абсорбера

minimum 9 hits required minimum 14 hits required Track reconstruction with reduced detector efficiency ω μ + μ - + central Au+Au collisions at 25 AGeV

MuCh N channels min pad size (mm 2 ): 1.4× × × ×5.6

Comparison with standard ω + central Au+Au collisions at 25 AGeV standard compact MuCh MuCh S/B ε ω, % standard compact MuCh MuCh

VISUAL EVENT DISPLAY Layer view Zoomed module view Cluster view

Выбор базового детектора для центральной области трековой системы MUCH (R&D поддержано INTAS) Требования CBM : до 10 7 событий/с, каждое из событий содержит до 1000 треков заряженных частиц, т.е. через

Для проведения R&D создан стенд и несколько прототипов на базе GEM, MICROMEGAS и их комбинаций

MICROMEGAS 3мм 75 мкм GEM Ar/CO2 (90%/10%), 55 Fe cathode mesh PCB Пример амплитудного спектра (энергетическое разрешение ~15%) энергетическое разрешение ~12% Зависимость КГУ от напряжения на MICROMEGAS Расчетная (Magbolz) зависимость КГУ согласуется с измеренной Зависимость КГУ от напряжения, приложенного к GEM

Комбинация GEM+MICROMEGAS КГУ в зависимости от напряжения, приложенного к GEM Uc=1200 V, Ub=500 V, Um=400 V, КГУ в зависимости от напряжения, приложенного к MICROMEGAS Uc=1200 V, Ut – Ub=450 V, КГУ в зависимости от напряжения, приложенного к GEM Uc=1200 V, Ub=500 V, Um=400 V, Ar/CO2 (90%/10%) He/CO2 (90%/10%) Ar/CO2 (90%/10%) Амплитудные спектры ( 55 Fe), измеренные при разных напряжениях на MICROMEGAS Ar/CO2 (90%/10%)

Оценка эффективности и вероятности разряда ~ 180 ns ~ 100 ns Ar/CO2 (90%/10%) He/CO2 (90%/10%) 55 Fe ( /s) + β-источник 90 Sr ( /s) Вероятность разряда оценивалась как отношение числа разрядов (за разряд принимался сигнал, превосходящий установленный высокий порог) к общему числу зарегистрированных сигналов Вероятность разряда в зависимости от КГУ Зависимость эффективности от КГУ (β-источник 90 Sr) He/CO2 (90%/10%) Ar/CO2 He/CO2

He/CO2/iC4H10 (90/5/5) He/CO2 (90/10)

TGEM Основное технологическое достижение – rim эксцентриситет составляет не более 5 мкм Пример амплитудного спектра ( 55 Fe) Зависимость КГУ от напряжения, приложенного к TGEM Ar/CO2 (90%/10%)

Планы на 2009 г. Продолжить оптимизацию мюонного детектора MUCH Формулирование окончательных требований на гранулярность и пространственное разрешение базовых детекторов трековой системы MUCH Формулирование требований на front-end электронику Проектирование и создание прототипов базовых детекторов для испытаний на пучке Испытание прототипов на пучке

Back up

Новые фазы сильно взаимодействующей материи ожидаются в коре нейтронной звезды, где барионные плотности превосходят ядерные на порядок. Предсказываются конкурирующие новые свойства материи такие как : конденсаты отрицательно заряженных мезонов (каоны или пионы) большой избыток гиперонов кварк-глюонная плазма Ни одно из этих состояний не может быть сегодня исключено астрофизическими наблюдениями или теоретическими рассмотрениями

Подавление выхода кваркония в зависимости от плотности и температуры

Ni+Ni (1.93 GeV/u) Точечные кривые – расчеты с массами каонов и антикаонов в вакууме

α- source 241 Am (5.5 MeV) response (gas gain ~ ) At the following stage for Micromegas we used rolled mesh of Russian production – stainless steel (wire - 32 μ in diameter and cell - 64μ). We saw the difference in gas gain of ~4 times for the same voltage applied in comparing to previous case (wire - 30 μ in diameter and cell – 50 μ). Qualitatively it looks reasonable. But quantitative estimations we will get later in special measurements for set of different mesh dimensions. Ar/CO2 (90%/10%)

GG vs. Voltage applied to the cathode. The modest GG Value (Um=350 V, Ugem=390 V) The same as previous but variable Voltage between GEM and Mesh Working points Ar/CO2 (90%/10%)

Gas gain is not a problem and we can have it as high as we want. Use of 3 component gas mixture with small portion (~ 5%) of isobutane gives about two order for gas gain in He at the same voltage. Using isobutane in working gas mixture should considerably put down working voltage to make lower discharge energy

Comparison between Ar/CO2 and He/CO2

Gas Gain in HE/CO2 mixture study Parameters of interaction X-Ray Fe55 (E=5.9 keV) He comparative Ar Ar Photoabsorption cross section σ ph =280.2 cm^2/g Compton cross section σ c =0.688 cm^2/g K1 =3.206 keV Mean Energy for ion pair production w i =26 eV He Photoabsorption cross section σ ph = cm^2/g Compton cross section σ c = cm^2/g K1=24.6 eV Mean Energy for ion pair production wi=41 eV So for He compton scattering probability is comparable with that for photoionisation and full absorption peak is not so pronounced as in Ar.