Физика фундаментальных частиц материи Никитин В А ОИЯИ

Физика фундаментальных частиц материи. Никитин В. А. ОИЯИ.

Лаборатория физики высоких энергий ОИЯИ Никитин В. А.

JINR MEMBER STATES Armenia, Azerbaijan, Belarus , Bulgaria , Cuba, Czech Republic, Democratic republic of Korea, Georgia, Kazakhstan, Moldova, Mongolia, Poland, Romania, Russia, Slovakia, Ukraine, Uzbekistan, Vietnam. Associated members. Egypt, Germany, Hungary, Italy, Republic of South Africa, Serbia

Лаборатории ОИЯИ. 2897 чел. Лаборатория физики высоких энергий Лаборатория ядерных проблем Лаборатория Теоретической Физики Лаборатория нейтронной физики Лаборатория ядерных реакций Лаборатория информационных технологий Лаборатория радиационной биологии Учебно-научный центр 942 чел. 563 чел. 232 чел. 420 чел. 372 чел. 283 чел. 71 чел. 14 чел.

Проект НИКА – участники сотрудничества 86 authors from 40 scientific centers in Arizona State University, USA 16 Countries (8 JINR members) University of Oslo, Norway Kurchatov Institute, Russia Los Alamos National Laborator Lebedev Institute, Russia University of Illinois, USA JINR Dubna Wayne SU, USA LBNL, USA St. Petersburg SU, Russia IHEP, Russia ITEP, Russia BNL, USA INP MSU, Russia Ohio SU, USA MEPh. I, Russia BITP, Ukraine INFN, Italy SISSA, Italy University of Catania, Italy University of Trento, Italy University of Florence, Italy University of Barselona, Spain University of Coimbra, Portugal Mateja Bela University, Slovakia Wroclav University, Poland Jan Kochanovski University, Poland Variable Energy Cyclotron Centre, India University of Cape Town, South Africa INR, Russia Tel Aviv University, Israel Weizmann Institute, Israel GSI, Germany University of Bielefeld, Germany University of Giessen, Germany University of Frankfurt, Germany Institute of Applied Science, Moldova Tsinghua University, Beijing, China Institute of High Energy Physics, China National Laboratory of Heavy Ion Accelerator, China http: //theor. jinr. ru/twiki-cgi/view/NICA/Web. Home

Физика в системе наук.

Создание теории. Получение и систематизация экспериментальных данных Разработка системы понятий Вне логический путь. Озарение. Формулировка постулатов Описание и интерпретация данных. Предсказание новых явлений Разработка математического аппарата Установление границ применимости теории. Поиск более общей теории

Неполнота науки. Эйнштейн. «Наши знания теория базируется на наблюдательных данных, но нет прямого логического пути от эксперимента к теории. »

Круглый стол знаний. Трансценденция Образы Эмоции Интуиция Логика, наука Движение рассудка Движение души Мистика Религия Космическое знание

Неполнота стандартной модели частиц Три главные области исследований

Классификация физических теорий.

Интерференция волн материи. Распределение интенсивности рассеянных частиц. Пучок частиц. Атомы в кристалле. Детектор. Интерференция волн материи. Квантовый слалом.

Synchrophasotron (operated in 1957 - 2002) Ускори тели 31. 10. 2008 V. M. Zhabitsky (LHEP, JINR) 13

Л. П. Зиновьев, В. И. Векслер, В. А. Петухов, 1960 г.

Идеологи и создатели ускорителей в России. В. И. Векслер 1907 -1966 Г. И. Будкер 1918 -1977

Электростатический ускоритель. Линейный ускоритель.

Линейный ускоритель инжекционного комплекса, 400 Мэ. В 17

Циклотрон. Синхротрон.

The Synchrotron Use a single device which develops an electric field along the direction of motion, and which oscillates at a tunable frequency. Use a series of tunable electromagnets whose strength is adjusted to keep the particle(s) on a circular orbit back to the accelerating device (cavity). Voltage = V sin(2 f t + ) V f = 1/T = v / 2 R Each revolution, energy changes by amount ΔE = e V sin( ) is called the synchronous phase angle Arden Ayube Warner 6/15/2010

«Чтобы задумать и построить такое сооружение, нужна была очень большая смелость» . Нильс Бор. Этапы пути: 1949 г. – начало проектирования; 1952 г. – начало строительства; 1957 г. , 16 апреля, 23 часа 40 минут – есть проектная энергия 10 Гэ. В !!; 1972 г. – получен выведенный пучок протонов; 1969 г. – ускорение дейтронов; 1981 г. – ускорение ядер от H до Si; 1983 г. – ускорение поляризованных дейтронов; 2002 г. – Конец работ на СФ.

Ускорительный комплекс в ФНАЛ, Батавия, США.

Accelerator complex CERN B 2 Dump 5 6 4 B 1 Dump 3 7 SPS 2 8 1 PSB 31. 10. 2008 LIN AC 2 CPS Top energy(Ge. V) Circumference(m) LINAC 2 0. 12 30 PSB 1. 4 157 CPS 26 628 = 4 PSB SPS 450 6911 = 11 x PS LHC 7000 26657 = 27/7 x. SPS V. M. Zhabitsky (LHEP, JINR) 8. 7 T 11. 8 k. A / 7 MJ 1. 9 K 1232 cryodip. 22

Большой адронный коллайдер в ЦЕРН (LHC) ~9000 magnets powered with ~1700 power converters 31. 10. 2008 V. M. Zhabitsky (LHEP, JINR) 23

NICA Layout & Main Elements Introduction: NICA scheme & layout December 3, 2009 Collider 2 T C = 336 m Coordination Committee Meeting KRION-6 T & HILac Synchrophasotron yoke “Old” linac MPD Beam transfer line 2. 3 m 4. 0 m Booster Nuclotron Existing beam lines (Fixed target exp-s) Spin Physics Detector (SPD)

Ускорители для прикладных исследований. Получение синхротронного излучения для прикладных исследований.

Ускорители широко применяются в смежных областях науки и техники. Пример: Лазер на свободных электронах.

European XFEL: Site layout 3. 4 km

История ускорителей. Конец эры ускорителей!?

International Linear Collider I. The Scientific Council supports the intention of JINR to participate actively in the ILC project and the possible interest of JINR to host the ILC. from the resolution of 99 th session of the JINR SC November 2006 – GDE in Valencia • Documentation from JINR to Reference Design Report (RDR) was officially submitted. • JINR (Dubna) is officially approved by GDE Director as a sample site for ILC hosting. Dubna Siting: Layout of ILC in the Moscow Region 18. 01. 2007 E (LHC, c. m. s. , q+q) =14 Te. V/7=2 Te. V E (ILC, c. m. s. , e +e ) = =(0. 5 +0. 5) Te. V= 1 Te. V. 101 st session of the JINR Scientific Council

Характерные размеры объектов и средства их наблюдения. Кругом очерчена область применения ускорителей. Определение единицы измерения энергии – электрон-вольт: это энергия, приобретаемая электроном, проходящим разность потенциалов 1 Вольт. 1 Мэ. В= э. В, 1 Гэ. В= э. В.

Техника эксперимента. Детекторы частиц. Идентификация частиц. Идентификация заключается в определении заряда и массы частицы. Заряд определяется путём измерения ионизационной потери энергии частицы. Масса определяется путём измерения любой пары величин: энергия, скорость, импульс. Например, 31

Пример идентификации частиц методом времени пролёта. Дано: в пучке присутствуют и К с импульсом 5 Гэ. В/с. Пролётная база L = 5 м. Вычислим разность времён пролёта и К. Ответ: 32

Основные процессы Ионизация 33

Жидководородная 2 м камера. Сборка в ЛВЭ ОИЯИ. На камерах 1 м и 2 м сделано более 2 млн снимков.

Снимок, полученный с помощью пропановой пузырьковой камеры. Рождение анти-сигма-минус гиперона. ОИЯИ 1960 г.

Снимок, полученный с помощью пропановой пузырьковой камеры. Рождение анти-сигма-минус гиперона. ОИЯИ 1960 г.

Общая концепция расположения детекторов в большой установке. 37

Сцинтилляционные калориметры 5∙λ 5 см 38

Электрическое поле в проволочной (пропорциональной) камере Траектории частиц 39

Сцинтилляционные счётчики 40

Адронный калориметр АТЛАС 41

SVD setup schematic view (proj. Thermalization). Cherenkov counter, 36 ch. Micro strip VD, 10 000 channels. Drift tubes tracker, 2400 channels 10 m Magnetic spectrometer, 10 000 ch. EMC, 1500 cells. 42

Полосковые детекторы. 43

Cathode redoubt STAR TPS Avalanch, gas amplification Pad (pixel) structure 10 thousand anode wires, 132 th pads. 44

Event of Au+Au interaction as it detected in TPS 45

Определение массы частицы по продуктам её распада. Энергии частиц a и b измерены. b a m

Установка АТЛАС на Большом Адроном Коллайдере в ЦЕРН. 26 м 46 м

MPD conceptual design 48

Transverse view of MPD SVT Number of modules 357. Number of detectors 714. Number of electronic channels 215 500 35 cm

Прямое свидетельство существования кварков и глюонов – струйная топология неупругих процессов взаимодействия частиц. 4 трека, 4, 1 Гэ. В 5 треков, 4, 3 Гэ. В Пример 3 -х струйного события в е+е- аннигиляции на ускорителе PETRA 4 трека, 7, 8 Гэ. В e e q Z, q Струи g

Кварковая модель и систематика частиц. p=(uud); n=(udd); ;

Силы природы. A C B D

Силы природы или типы взаимодействия частиц. Тип взаимодействия Сильное Электромагнитное Слабое Гравитационное Зависимость потенциала Радиус (энергии) от расстояния действия Константа g 2 /hc 10– 13 1 10– 1 0. 8 10– 2 2 10– 16 3 10– 2 0. 8 10– 38 *

Базисные элементы материи начала 21 -го века. Примеры кварковой композиции адронов. p=(uud); n=(udd); =(u, u); _ =(uds); =(sss); Имеются 6 ароматов (типов) кварков u, d, s, c, b, t и, соответственно, классов частиц. Имеются 6 лептонов.

Портрет протона (и других адронов). Протон содержит валентные кварки, морские кварки и глюоны.

Число базисных элементов материи. Число базисных элементов материи известных или предполагаемых в различные моменты истории науки.

Столкновение тяжёлых ядер. 59

Anisotropic flow from AGS to RHIC f = atan py px 60

Central AA pp and peripheral AA Trigger jet QGP Away jet Missing away jet 61

Продолжение исследований АА - взаимодействия. Главные игроки. ЦЕРН. Фиксированная мишень. Широкий набор ядер. Начало 2010 г. BNL. США. Коллайдер RHIC. Начало 2010. ОИЯИ. Коллайдер НИКА. Начало 2015. GSI. FAIR, Германия. Фиксированная мишень. Начало 2019. 62

Антропность мира. Intelligence behind the design of the universe. • m = mn – mp = 1, 3 Мэ. В. Уменьшение величины m на 1 Мэ. В ведёт к нестабильности атома водорода. e- + p n + . Точность настройки ( m)/MH < 0, 1%. • Увеличение массы электрона на 1 Мэ. В приводит к малому времени горения звёзд, что недостаточно для эволюции жизни. • m = (mp + mn) - md = 2, 2 Мэ. В. Уменьшение величины m на 0, 4 Мэ. В приводит к невозможности горения водорода в звёздах p + p d + e+ + .

Major breakthroughs. Physics. - decay and regeneration. - Multiple strange particles production. Anti-sigma-minus hyperon. - Study of elastic scattering. ρ = Im. A/Re. AK 0; . - Inertia of baryon charge. Discovery of fragmentation and pionization regions. - ρ, Ye+ e-. - Identical particles correlation – Podgoretsky, Kopylov (HBT). - Acceleration of deuterons and pioneering of relativistic nuclear physics. - Discovery of cumulative particles. Notion of nuclei structure function. Experimental technique. - Technique of thin internal target. Supersonic gas jet target. - First implementation of semiconductor detectors in high energy physics. - Implementation of computers on line with experimental apparatus. - Development of big bubble chambers. - Bent crystals.

Уровень физики определяет уровень понимания всего окружающего нас мира, определяет уровень интеллектуальной зрелости человечества. Академик Л. Б. Окунь.

Религия дополняет науку – антропный принцип. Под антропностью Вселенной подразумевается её весьма деликатная конструкция, допускающая и, может быть, предполагающая возможность возникновения в ней жизни и человека. Данные физики элементарных частиц и астрофизики можно рассматривать как красноречивое свидетельство наличия Творца Мира, который тщательно подобрал параметры фундаментальных частиц материи с тем, чтобы во Вселенной в итоге её длительной эволюции создались условия, пригодные для существования высокоорганизованной живой материи и человека. И теперь человек, тоже пройдя сложный путь эволюции и создав науку, узрел письмена Бога на скрижалях Мира. В этом состоит так называемая сильная формулировка антропного принципа Вселенной. Известна его мягкая формулировка: имеется множество миров с хаотическим разбросом параметров. Большинство из них необитаемо. Наш Мир случайно попал в узкий интервал характеристик элементов, которые совместимы с жизнью. Стивен Хокинг (родился в 1942, Англия. ) «Если мы действительно откроем полную теорию …, то узнаем почему так произошло, что существуем мы и существует Вселенная. …Это будет полным триумфом человеческого разума, ибо тогда нам станет понятным замысел Бога» . Цитируется по книге «Философия науки» , М. 2006.

Конец. Спасибо.