ALICE (эксперимент LHC): различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Интерактивная навигация по истории
(Показать все непатрулированные изменения)
[непроверенная версия][непроверенная версия]
← Предыдущая правка
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
м правильное оформление ударений
 
(не показано 40 промежуточных версий 14 участников)
Строка 2: Строка 2:
[[Файл:ALICE Detector.jpg|thumb|Завершённый детектор ALICE. Видны 18 модулей [[Детектор переходного излучения|ДПИ]] (размещённые вокруг оси пучка трапециоидные призмы).]]
[[Файл:ALICE Detector.jpg|thumb|Завершённый детектор ALICE. Видны 18 модулей [[Детектор переходного излучения|ДПИ]] (размещённые вокруг оси пучка трапециоидные призмы).]]


'''ALICE''' ('''A Large Ion Collider Experiment''') — один из семи экспериментальных [[Детектор_элементарных_частиц|детекторов]], сооруженных на [[Большой адронный коллайдер|Большом адронном коллайдере]] в [[CERN|ЦЕРН]]. Другие шесть: [[Эксперимент_ATLAS|ATLAS]], [[Компактный_мюонный_соленоид|CMS]], [[TOTEM]], [[LHCb]], [[LHCf]] и [[MoEDAL]].
'''ALICE''' ('''A Large Ion Collider Experiment''') — один из восьми экспериментальных [[Детектор элементарных частиц|детекторов]], сооруженных на [[Большой адронный коллайдер|Большом адронном коллайдере]] в [[CERN|ЦЕРН]]. Другие семь: [[Эксперимент ATLAS|ATLAS]], [[Компактный мюонный соленоид|CMS]], [[TOTEM]], [[LHCb]], [[LHCf]] , [[MoEDAL]] и [[FASER]].


==Предисловие==
==Предисловие==
[[Файл:2012-Aug-02-ALICE 3D v0 with Text (1) 2.jpg|thumb|450px|left|Компьютерное изображение сечения ALICE, где видны 18 модулей ДПИ.]]
[[Файл:2012-Aug-02-ALICE 3D v0 with Text (1) 2.jpg|thumb|450px|left|Компьютерное изображение сечения ALICE, где видны 18 модулей ДПИ.]]
Детектор ALICE оптимизирован для изучения столкновений тяжелых ионов с энергией в [[система центра масс|системе центра масс]] 2.76 [[ТэВ]] на ядерную пару. В результате соударения ожидаются плотность энергии и температуры, достаточные для образования [[Кварк-глюонная плазма|кварк-глюонной плазмы]], состояния материи, в котором [[кварк]]и и [[глюоны]] находятся в свободном состоянии. Считается, что похожие условия существовали в первые доли секунд после [[Большой Взрыв|Большого Взрыва]], пока кварки и глюоны не связались вместе с формированием адронов и более тяжелых частиц.<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/28328 ALICE through the phase transition], CERN Courier, 30 October 2000</ref>
Детектор ALICE оптимизирован для изучения столкновений тяжелых ионов с энергией в [[система центра масс|системе центра масс]] 2.76 [[ТэВ]] на ядерную пару. В результате соударения ожидаются плотность энергии и температуры, необходимые для образования [[Кварк-глюонная плазма|кварк-глюонной плазмы]] — состояния материи, в котором [[кварк]]и и [[глюоны]] находятся в свободном виде<ref>''Наталия Лескова'' В начале были кварки // [[В мире науки]]. — 2017. — № 3. — С. 4 - 9.</ref>. Считается, что похожие условия существовали в первые доли секунды после [[Большой Взрыв|Большого Взрыва]], пока кварки и глюоны не связались вместе с формированием адронов и более тяжелых частиц.<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/28328 ALICE through the phase transition] {{Wayback|url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/28328 |date=20160304054909 }}, CERN Courier, 30 October 2000</ref>


ALICE фокусируется на физике сильно взаимодействующей материи при экстремально высокой плотности энергии. Существование кварк-глюонной плазмы и ее свойств — это ключевой вопрос в [[Квантовая хромодинамика|квантовой хромодинамике]], необходимый для объяснения [[конфайнмента]] и восстановления [[хиральность|хиральной]] симметрии. Воссоздание этого изначального состояния материи и понимание того, как она эволюционирует, должно пролить свет на вопросы об организации материи, о механизмах, которые соединяют кварки и глюоны, о природе сильных взаимодействий, и о том, как в результате этих взаимодействий образуется большая часть массы обычного вещества.
ALICE фокусируется на физике сильно взаимодействующей материи при экстремально высокой плотности энергии. Существование кварк-глюонной плазмы и её свойств — это ключевой вопрос в [[Квантовая хромодинамика|квантовой хромодинамике]], необходимый для объяснения [[конфайнмент]]а и восстановления [[хиральность|хиральной]] симметрии. Воссоздание этого изначального состояния материи и понимание того, как она эволюционирует, должно пролить свет на вопросы об организации материи, о механизмах, которые соединяют кварки и глюоны, о природе сильных взаимодействий, и о том, как в результате этих взаимодействий образуется бо́льшая часть массы обычного вещества.


Квантовая хромодинамика предсказывает, что при наличии достаточно высокой плотности энергии существует фаза перехода из обычной адронной материи, где кварки закрыты внутри ядерных частиц, в плазму из кварков и глюонов в состоянии деконфайнмента. Обратный процесс данного перехода имел место, когда возраст Вселенной составлял лишь 10<sup>−6</sup> секунд, и в настоящее время этот процесс все еще может существовать в центрах коллапсирующих нейтронных звезд или других астрофизических объектов.<ref>[http://alicematters.web.cern.ch/?q=Rajagopal Interview with Krishna Rajacopal], ALICE Matters, 15 April 2013</ref><ref>[http://alicematters.web.cern.ch/?q=J_Rafelski Interview with Johan Rafelski], ALICE Matters, 18 December 2012</ref>
Квантовая хромодинамика предсказывает, что при наличии достаточно высокой плотности энергии существует фаза перехода из обычной адронной материи, где кварки закрыты внутри ядерных частиц, в плазму из кварков и глюонов в состоянии деконфайнмента. Обратный процесс данного перехода имел место, когда возраст Вселенной составлял лишь 10<sup>−6</sup> секунд. В настоящее время этот процесс может происходить в центрах коллапсирующих [[Нейтронная звезда|нейтронных звезд]] или других астрофизических объектов.<ref>[http://alicematters.web.cern.ch/?q=Rajagopal Interview with Krishna Rajacopal] {{Wayback|url=http://alicematters.web.cern.ch/?q=Rajagopal |date=20140211080845 }}, ALICE Matters, 15 April 2013</ref><ref>[http://alicematters.web.cern.ch/?q=J_Rafelski Interview with Johan Rafelski] {{Wayback|url=http://alicematters.web.cern.ch/?q=J_Rafelski |date=20140211062523 }}, ALICE Matters, 18 December 2012</ref>


==История==
==История==
Идея создания специального детектора БАК для тяжелых ионов впервые была озвучена на общем собрании "Навстречу экспериментальной программе БАК" в марте 1992 году. В соответствии с представленными идеями была организована коллаборация ALICE, и в 1993 году подано письмо о намерениях.<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/35878 ALICE New Kid on the block] CERN Courier, 19 September 2008</ref>
Идея создания специального детектора БАК для тяжелых ионов впервые была озвучена на общем собрании "Навстречу экспериментальной программе БАК" в марте 1992 года. В соответствии с представленными идеями была организована коллаборация ALICE, и в 1993 году подано письмо о намерениях.<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/35878 ALICE New Kid on the block] {{Wayback|url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/35878 |date=20150302150830 }} CERN Courier, 19 September 2008</ref>


Первоначально в 1993 г. детектор предлагался в качестве центрального, но он был дополнен передовым мюонным спектрометром, разработанным в 1995 г. В 1997 г. комитет БАКа дал коллаборации "зеленый свет" на завершение проектирования и строительство.<ref>[http://timeline.web.cern.ch/events/alice-experiment-approved ALICE Experiment approved] CERN timeline</ref>
Первоначально в 1993 г. детектор предлагался в качестве центрального, но он был дополнен передовым мюонным спектрометром, разработанным в 1995 г. В 1997 г. комитет БАКа дал коллаборации "зеленый свет" на завершение проектирования и строительство.<ref>[http://timeline.web.cern.ch/events/alice-experiment-approved ALICE Experiment approved] {{Wayback|url=http://timeline.web.cern.ch/events/alice-experiment-approved |date=20161214125606 }} CERN timeline</ref>


Первые 10 лет были прошли проектировании и обширных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах. Как и для всех экспериментов БАК, с самого начала стало понятно, что сложные задачи, которые встали перед физикой тяжелых ионов, не соответствуют существующим технологиям ни по уровню, ни по стоимости. Существенные улучшения, а иногда и технологический прорыв, требовались для того, чтобы воплотить на практике то, о чем физики мечтали лишь на бумаге. Первоначально очень обширные и позднее более специализированные, хорошо организованные и финансово обеспеченные научно-исследовательские работы, проводившиеся большую часть 1990-х годов, привели ко многим эволюционным и революционным достижениям в детекторах, электронике и вычислениях.
Первые 10 лет прошли в проектировании и обширных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах. Как и для всех проектов БАК, с самого начала стало понятно, что сложные задачи, которые встали перед физикой тяжелых ионов, не соответствуют существующим технологиям ни по уровню, ни по стоимости. Существенные улучшения, а иногда и технологический прорыв, требовались для того, чтобы воплотить на практике то, о чем физики мечтали лишь на бумаге. Первоначально очень обширные и позднее более специализированные, хорошо организованные и финансово обеспеченные научно-исследовательские работы, проводившиеся большую часть 1990-х годов, привели ко многим эволюционным и революционным достижениям в детекторах, электронике и вычислениях.


Разработка специализированного эксперимента с тяжелыми ионами в начале 90-х для использования его в БАК 15 лет спустя поставила пугающие задачи. Детектор должен был быть многоцелевым — способным измерять большинство потенциально интересующих сигналов, даже если их значимость бы проявилась позже, — и гибким, предполагающим дополнения и модификации для нужд новых, паралелльных направлений исследований. В отношении обеих целей ALICE справилась достаточно хорошо, поскольку включила в себя ряд функций, важность которых стала понятна лишь впоследствии. Разнообразные важные детекторные системы были добавлены, начиная с мюонного спектрометра в 1995 г., детектора переходного излучения в 1999 г., и большого калориметра, добавленного в 2007 г..
Разработка специальной установки для работы с тяжелыми ионами началась в 90-х для использования её в БАК 15 лет спустя, и это поставило пугающие задачи. Детектор должен был быть многоцелевым — способным измерять большинство потенциально интересующих сигналов, даже если их значимость бы проявилась позже, — и гибким, предполагающим дополнения и модификации для нужд новых, параллельных направлений исследований. В отношении обеих целей ALICE справилась достаточно хорошо, поскольку включила в себя ряд функций, важность которых стала понятна лишь впоследствии. Разнообразные важные детекторные системы были добавлены, начиная с мюонного спектрометра в 1995 г., детектора переходного излучения в 1999 г., и большого калориметра, добавленного в 2007 г..


ALICE записала данные первого столкновения ядер свинца в БАК в 2010 г. Набор данных, полученный в период изучения соударений тяжелых ионов в 2010 г. и в 2011 г., а также протонов и свинца в 2013 г., обеспечил отличный базис для глубокого взгляда на физику КГП.
ALICE записала данные первого столкновения ядер свинца в БАК в 2010 г. Набор данных, полученный в период изучения соударений тяжелых ионов в 2010 г. и в 2011 г., а также протонов и свинца в 2013 г., обеспечил отличный базис для глубокого взгляда на физику КГП.


По состоянию на 2014 г. после более чем трех лет успешной работы, детектор ALICE претерпевал изменения в соответствии с программой консолидации и модернизации, во время длительного отключения [LS1] ускорительного комплекса ЦЕРН. Новый субдетектор называемый двухструйным калориметром(DCAL) установлен и все текущие 18 субдетекторов модернизированы. Также произошло обновление инфраструктуры ALICE, включая электрические и охладительные системы. Богатство опубликованных научных результатов и интенсивная программа модернизации привлекли множество институтов и ученых по всему миру. Сегодня в коллаборации состоит 1300 ученых из 110 институтов 36 стран мира.
По состоянию на 2014 г. после более чем трех лет успешной работы, детектор ALICE претерпевал изменения в соответствии с программой консолидации и модернизации, во время длительного отключения [LS1] ускорительного комплекса ЦЕРН. Новый субдетектор, называемый двухструйным калориметром (DCAL), установлен, и все текущие 18 субдетекторов модернизированы. Также произошло обновление инфраструктуры ALICE, включая электрические и охладительные системы. Богатство опубликованных научных результатов и интенсивная программа модернизации привлекли множество институтов и ученых по всему миру. Сегодня в коллаборации состоит 1300 ученых из 110 институтов 36 стран мира.


==Столкновения тяжелых ионов в БАК==
==Столкновения тяжелых ионов в БАК==
Поиск кварк-глюонной плазмы начался в ЦЕРН и в Брукхейвене с использования более легких ионов в 1980-х гг, это привело и к лучшему пониманию [[Квантовая хромодинамика|КХД]]<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/28375 Experiments Revisit the Quark-Gluon Plasma] CERN Courier, 26 February 2001</ref><ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/28296 RHIC starts producing data] CERN Courier, 10 October 2000</ref>. Сегодняшняя программа в этих лабораториях предполагает ультрарелятивистские соударения тяжелых ионов, и их ускорители достигают порога энергии, при котором должна существовать фаза перехода. БАК, с энергией в системе центра масс около 5.5 ТэВ/нуклон, достигает даже больших показателей энергии.
Поиск кварк-глюонной плазмы начался в ЦЕРН и в Брукхейвене с использования более легких ионов в 1980-х гг, это привело и к лучшему пониманию [[Квантовая хромодинамика|КХД]]<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/28375 Experiments Revisit the Quark-Gluon Plasma] {{Wayback|url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/28375 |date=20160304193857 }} CERN Courier, 26 February 2001</ref><ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/28296 RHIC starts producing data] {{Wayback|url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/28296 |date=20160304203454 }} CERN Courier, 10 October 2000</ref>. Сегодняшняя программа в этих лабораториях предполагает ультрарелятивистские соударения тяжелых ионов, и их ускорители достигают порога энергии, при котором должна существовать фаза перехода. БАК, с энергией в системе центра масс около 5.5 ТэВ/нуклон, достигает даже больших показателей энергии.


Во время лобовых столкновений ионов свинца в БАК, сотни протонов и нейтронов врезаются друг в друга при энергиях в несколько ТэВ. Ионы Pb ускоряются более чем на 99.9999% скорости света и их соударения в БАК в 100 раз более мощные, чем протонные — материя в точке взаимодействия разогревается до температуры почти в 100,000 раз больше, чем в ядре Солнца.
Во время лобовых столкновений ионов свинца в БАК, сотни протонов и нейтронов врезаются друг в друга при энергиях в несколько ТэВ. Ионы Pb ускоряются более чем на 99.9999% скорости света и их соударения в БАК в 100 раз более мощные, чем протонные — материя в точке взаимодействия разогревается до температуры почти в 100,000 раз больше, чем в ядре Солнца.
Строка 32: Строка 32:
Когда ядра Pb соударяются, материя претерпевает переход, когда на короткий миг формируется капля из первоначальной материи, так называемой кварк-глюонной плазмы, которая, как считают ученые, наполнила Вселенную в первые микросекунды после Большого Взрыва.
Когда ядра Pb соударяются, материя претерпевает переход, когда на короткий миг формируется капля из первоначальной материи, так называемой кварк-глюонной плазмы, которая, как считают ученые, наполнила Вселенную в первые микросекунды после Большого Взрыва.


Кварк-глюонная плазма формируется, когда протоны и нейтроны "расплавляются" на свои элементарные составляющие, и кварки и глюоны становятся асимптотически свободными. Капля КГП мгновенно остывает и отдельные кварки и глюоны(вместе называемые [[Партон_(частица)|партонами]]) рекомбинируются в буре обычной материи, летящей во всех направлениях.<ref>[http://alicematters.web.cern.ch/?q=UrsWiedemann Interview with CERN's theorist Urs Wiedemann] ALICE Matters, 13 July 2012</ref> В осколках содержатся частицы, такие как [[пион]]ы и [[каон]]ы, которые состоят из кварка и антикварка; протоны и нейтроны из трех кварков; а также обильное кол-во [[антипротон]]ов и [[антинейтрон]]ов, которые могут объединяться с образованием ядер антиатомов, по массе равных гелию. Много данных может быть получено из изучения распределения энергии в этих фрагментах.
Кварк-глюонная плазма формируется, когда протоны и нейтроны "расплавляются" на свои элементарные составляющие, и кварки и глюоны становятся асимптотически свободными. Капля КГП мгновенно остывает и отдельные кварки и глюоны (вместе называемые [[Партон (частица)|партонами]]) рекомбинируются в буре обычной материи, разлетающейся во всех направлениях.<ref>[http://alicematters.web.cern.ch/?q=UrsWiedemann Interview with CERN's theorist Urs Wiedemann] {{Wayback|url=http://alicematters.web.cern.ch/?q=UrsWiedemann |date=20140211004659 }} ALICE Matters, 13 July 2012</ref> В осколках содержатся частицы, такие как [[Пион (частица)|пион]]ы и [[каон]]ы, которые состоят из кварка и антикварка; протоны и нейтроны из трех кварков; а также обильное кол-во [[антипротон]]ов и [[антинейтрон]]ов, которые могут объединяться с образованием ядер антиатомов, по массе равных гелию. Много новых данных может быть получено при изучении распределения энергии в этих фрагментах.


===Первые Pb-Pb столкновения===
===Первые Pb-Pb столкновения===
[[Файл:Alicelead3.jpg|thumb|Одно из первых изображений соударения ионов Pb, записанных детектором.]]
[[Файл:Alicelead3.jpg|thumb|Одно из первых изображений соударения ионов Pb, записанных детектором.]]
БАК произвел первое столкновение ионов свинца в 7 ноября 2010 года примерно в 0 часов 30 минут по центральноевропейскому времени.<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/44344 LHC begins physics with lead ions] CERN Courier, 30 November 2010</ref><ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/40725 First ions for ALICE and rings for LHCb] CERN Courier, 30 October 2009</ref>
БАК произвел первое столкновение ионов свинца 7 ноября 2010 года примерно в 0 часов 30 минут по центральноевропейскому времени.<ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/44344 LHC begins physics with lead ions] {{Wayback|url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/44344 |date=20160304051806 }} CERN Courier, 30 November 2010</ref><ref>[http://cerncourier.com/cws/article/cern/40725 First ions for ALICE and rings for LHCb] {{Wayback|url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/40725 |date=20091123014512 }} CERN Courier, 30 October 2009</ref>


Первые столкновения в центре ALICE, ATLAS, CMS имели место менее чем через 72 часа после того, как БАК завершил свой первый разгон протонов и переключился на пучки ионов Pb. Ядро Pb состоит из 82 протонов, БАК ускоряет каждый протон до энергии 3.5 ТэВ, что в результате дает энергию в 287 ТэВ на пучок, и общую энергию столкновения ядер, равную 574 ТэВ.
Первые столкновения в центре ALICE, ATLAS, CMS имели место менее чем через 72 часа после того, как БАК завершил свой первый разгон протонов и переключился на пучки ионов Pb. Ядро Pb состоит из 82 протонов, БАК ускоряет каждый протон до энергии 3.5 ТэВ, что в результате дает энергию в 287 ТэВ на пучок, и общую энергию столкновения ядер, равную 574 ТэВ.
Строка 44: Строка 44:
===Столкновения p-Pb===
===Столкновения p-Pb===
[[Файл:ALICE pPb event.jpg|thumb|p-Pb столкновение с энергией в системе центра масс на соударяющуюся пару нуклонов 5.02 ТэВ, записанное 13 сентября 2012 года.]]
[[Файл:ALICE pPb event.jpg|thumb|p-Pb столкновение с энергией в системе центра масс на соударяющуюся пару нуклонов 5.02 ТэВ, записанное 13 сентября 2012 года.]]
Работа БАК в 2013 году началась с экспериментов по столкновению протонов с ионами свинца.<ref>[http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2010/11/08/first-lead-ion-collisions-in-the-lhc First lead-ion collisions in the LHC] Symmetry Magazine, 08 November 2010</ref>
Работа БАК в 2013 году началась с экспериментов по столкновению протонов с ионами свинца.<ref>[http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2010/11/08/first-lead-ion-collisions-in-the-lhc First lead-ion collisions in the LHC] {{Wayback|url=http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2010/11/08/first-lead-ion-collisions-in-the-lhc |date=20161109010130 }} Symmetry Magazine, 08 November 2010</ref>
Эксперимент был проведен за счет вращающихся в противоположные стороны пучков протонов и ионов Pb, и начался с центрированных орбит с различными циклическими частотами, затем отдельно разогнанных до максимальной для ускорителя энергии. <ref>{{cite web|url=http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/01/protons-smash-lead-ions-first-lhc-collisions-2013|title=Protons smash lead ions in first LHC collisions of 2013|date=22 January 2013|author=Cian O'Luanaigh}}</ref>
Эксперимент был проведен за счет вращающихся в противоположных направлениях пучков протонов и ионов Pb, и начался с центрированных орбит с различными циклическими частотами, затем отдельно разогнанных до максимальной для ускорителя энергии.<ref>{{cite web|url=http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/01/protons-smash-lead-ions-first-lhc-collisions-2013|title=Protons smash lead ions in first LHC collisions of 2013|date=2013-01-22|author=Cian O'Luanaigh|access-date=2016-12-09|archive-date=2015-09-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20150920052926/http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/01/protons-smash-lead-ions-first-lhc-collisions-2013|url-status=live}}</ref>


Первые p-Pb опыты в БАК продолжались один месяц, тогда были получены данные, которые помогают физикам коллаборации дифференцировать эффекты плазмы от эффектов, которые происходят из холодной ядерной материи, что вносит свой вклад в изучение КГП.
Первые p-Pb опыты в БАК продолжались один месяц, тогда были получены данные, которые помогают физикам коллаборации дифференцировать эффекты плазмы от эффектов, которые происходят из холодной ядерной материи, что вносит свой вклад в изучение КГП.
Строка 56: Строка 56:


== Ссылки ==
== Ссылки ==
* [http://aliceinfo.cern.ch/Public/Welcome.html Официальная страница ALICE] в CERN. (англ).
* [http://aliceinfo.cern.ch/Public/Welcome.html Официальная страница ALICE] {{Wayback|url=http://aliceinfo.cern.ch/Public/Welcome.html |date=20110221210507 }} в CERN. (англ).
* [http://elementy.ru/LHC/LHC/accelerator/detectors/ALICE Детектор ALICE на сайте «Элементы».]
* [http://elementy.ru/LHC/LHC/accelerator/detectors/ALICE Детектор ALICE на сайте «Элементы».]
* [http://nuclphys.sinp.msu.ru/students/alice2.htm Эксперимент ALICE на сайте НИИЯФ МГУ.]
* [http://nuclphys.sinp.msu.ru/students/alice2.htm Эксперимент ALICE на сайте НИИЯФ МГУ.]
* [http://www.spbumag.nw.ru/2005/14/3.shtml ''Российский подход к созданию Вселенной'', журнал «Санкт-Петербургский университет», 17.05.2005.]
* [https://web.archive.org/web/20051227091131/http://www.spbumag.nw.ru/2005/14/3.shtml ''Российский подход к созданию Вселенной'', журнал «Санкт-Петербургский университет», 17.05.2005.]
* [http://petermccready.com/portfolio/07041606.html ALICE photography panorama]
* [https://web.archive.org/web/20100409031133/http://petermccready.com/portfolio/07041606.html ALICE photography panorama]
* [http://petermccready.com/portfolio/07041607.html Photography panorama of ALICE detector center]
* [https://web.archive.org/web/20080102165627/http://petermccready.com/portfolio/07041607.html Photography panorama of ALICE detector center]
* {{Citation |title=The ALICE experiment at the CERN LHC |url=http://www.iop.org/EJ/journal/-page=extra.lhc/jinst |author=The ALICE Collaboration, K Aamodt ''et al.'' |journal=Journal of Instrumentation |date=2008-08-14 |volume=3 |issue=S08002 |doi=10.1088/1748-0221/3/08/S08002 |accessdate=26.08.2008}} (Full design documentation)
* {{Citation |title=The ALICE experiment at the CERN LHC |url=http://www.iop.org/EJ/journal/-page=extra.lhc/jinst |author=The ALICE Collaboration, K Aamodt ''et al.'' |journal=Journal of Instrumentation |date=2008-08-14 |volume=3 |issue=S08002 |doi=10.1088/1748-0221/3/08/S08002 |accessdate=2008-08-26}} (Full design documentation)
* [http://www.nashagazeta.ch/news/nauka/17430 «Кто такая Элис?»] «Наша Газета.ch» от 03.04.2014.
* [http://www.nashagazeta.ch/news/nauka/17430 «Кто такая Элис?»] «Наша Газета.ch» от 03.04.2014.
* [http://elementy.ru/news/432056 Детектор ALICE изучает тонкие эффекты в рождении адронов]
* [http://elementy.ru/news/432056 Детектор ALICE изучает тонкие эффекты в рождении адронов]


{{CERN}}
{{CERN}}
{{physics-stub}}


[[Категория:CERN]]
[[Категория:CERN]]

Текущая версия от 09:13, 4 ноября 2024

Запрос «ALICE» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
Завершённый детектор ALICE. Видны 18 модулей ДПИ (размещённые вокруг оси пучка трапециоидные призмы).

ALICE (A Large Ion Collider Experiment) — один из восьми экспериментальных детекторов, сооруженных на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Другие семь: ATLAS, CMS, TOTEM, LHCb, LHCf , MoEDAL и FASER.

Предисловие

[править | править код]
Компьютерное изображение сечения ALICE, где видны 18 модулей ДПИ.

Детектор ALICE оптимизирован для изучения столкновений тяжелых ионов с энергией в системе центра масс 2.76 ТэВ на ядерную пару. В результате соударения ожидаются плотность энергии и температуры, необходимые для образования кварк-глюонной плазмы — состояния материи, в котором кварки и глюоны находятся в свободном виде[1]. Считается, что похожие условия существовали в первые доли секунды после Большого Взрыва, пока кварки и глюоны не связались вместе с формированием адронов и более тяжелых частиц.[2]

ALICE фокусируется на физике сильно взаимодействующей материи при экстремально высокой плотности энергии. Существование кварк-глюонной плазмы и её свойств — это ключевой вопрос в квантовой хромодинамике, необходимый для объяснения конфайнмента и восстановления хиральной симметрии. Воссоздание этого изначального состояния материи и понимание того, как она эволюционирует, должно пролить свет на вопросы об организации материи, о механизмах, которые соединяют кварки и глюоны, о природе сильных взаимодействий, и о том, как в результате этих взаимодействий образуется бо́льшая часть массы обычного вещества.

Квантовая хромодинамика предсказывает, что при наличии достаточно высокой плотности энергии существует фаза перехода из обычной адронной материи, где кварки закрыты внутри ядерных частиц, в плазму из кварков и глюонов в состоянии деконфайнмента. Обратный процесс данного перехода имел место, когда возраст Вселенной составлял лишь 10−6 секунд. В настоящее время этот процесс может происходить в центрах коллапсирующих нейтронных звезд или других астрофизических объектов.[3][4]

История

[править | править код]

Идея создания специального детектора БАК для тяжелых ионов впервые была озвучена на общем собрании "Навстречу экспериментальной программе БАК" в марте 1992 года. В соответствии с представленными идеями была организована коллаборация ALICE, и в 1993 году подано письмо о намерениях.[5]

Первоначально в 1993 г. детектор предлагался в качестве центрального, но он был дополнен передовым мюонным спектрометром, разработанным в 1995 г. В 1997 г. комитет БАКа дал коллаборации "зеленый свет" на завершение проектирования и строительство.[6]

Первые 10 лет прошли в проектировании и обширных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах. Как и для всех проектов БАК, с самого начала стало понятно, что сложные задачи, которые встали перед физикой тяжелых ионов, не соответствуют существующим технологиям ни по уровню, ни по стоимости. Существенные улучшения, а иногда и технологический прорыв, требовались для того, чтобы воплотить на практике то, о чем физики мечтали лишь на бумаге. Первоначально очень обширные и позднее более специализированные, хорошо организованные и финансово обеспеченные научно-исследовательские работы, проводившиеся большую часть 1990-х годов, привели ко многим эволюционным и революционным достижениям в детекторах, электронике и вычислениях.

Разработка специальной установки для работы с тяжелыми ионами началась в 90-х для использования её в БАК 15 лет спустя, и это поставило пугающие задачи. Детектор должен был быть многоцелевым — способным измерять большинство потенциально интересующих сигналов, даже если их значимость бы проявилась позже, — и гибким, предполагающим дополнения и модификации для нужд новых, параллельных направлений исследований. В отношении обеих целей ALICE справилась достаточно хорошо, поскольку включила в себя ряд функций, важность которых стала понятна лишь впоследствии. Разнообразные важные детекторные системы были добавлены, начиная с мюонного спектрометра в 1995 г., детектора переходного излучения в 1999 г., и большого калориметра, добавленного в 2007 г..

ALICE записала данные первого столкновения ядер свинца в БАК в 2010 г. Набор данных, полученный в период изучения соударений тяжелых ионов в 2010 г. и в 2011 г., а также протонов и свинца в 2013 г., обеспечил отличный базис для глубокого взгляда на физику КГП.

По состоянию на 2014 г. после более чем трех лет успешной работы, детектор ALICE претерпевал изменения в соответствии с программой консолидации и модернизации, во время длительного отключения [LS1] ускорительного комплекса ЦЕРН. Новый субдетектор, называемый двухструйным калориметром (DCAL), установлен, и все текущие 18 субдетекторов модернизированы. Также произошло обновление инфраструктуры ALICE, включая электрические и охладительные системы. Богатство опубликованных научных результатов и интенсивная программа модернизации привлекли множество институтов и ученых по всему миру. Сегодня в коллаборации состоит 1300 ученых из 110 институтов 36 стран мира.

Столкновения тяжелых ионов в БАК

[править | править код]

Поиск кварк-глюонной плазмы начался в ЦЕРН и в Брукхейвене с использования более легких ионов в 1980-х гг, это привело и к лучшему пониманию КХД[7][8]. Сегодняшняя программа в этих лабораториях предполагает ультрарелятивистские соударения тяжелых ионов, и их ускорители достигают порога энергии, при котором должна существовать фаза перехода. БАК, с энергией в системе центра масс около 5.5 ТэВ/нуклон, достигает даже больших показателей энергии.

Во время лобовых столкновений ионов свинца в БАК, сотни протонов и нейтронов врезаются друг в друга при энергиях в несколько ТэВ. Ионы Pb ускоряются более чем на 99.9999% скорости света и их соударения в БАК в 100 раз более мощные, чем протонные — материя в точке взаимодействия разогревается до температуры почти в 100,000 раз больше, чем в ядре Солнца.

Когда ядра Pb соударяются, материя претерпевает переход, когда на короткий миг формируется капля из первоначальной материи, так называемой кварк-глюонной плазмы, которая, как считают ученые, наполнила Вселенную в первые микросекунды после Большого Взрыва.

Кварк-глюонная плазма формируется, когда протоны и нейтроны "расплавляются" на свои элементарные составляющие, и кварки и глюоны становятся асимптотически свободными. Капля КГП мгновенно остывает и отдельные кварки и глюоны (вместе называемые партонами) рекомбинируются в буре обычной материи, разлетающейся во всех направлениях.[9] В осколках содержатся частицы, такие как пионы и каоны, которые состоят из кварка и антикварка; протоны и нейтроны из трех кварков; а также обильное кол-во антипротонов и антинейтронов, которые могут объединяться с образованием ядер антиатомов, по массе равных гелию. Много новых данных может быть получено при изучении распределения энергии в этих фрагментах.

Первые Pb-Pb столкновения

[править | править код]
Одно из первых изображений соударения ионов Pb, записанных детектором.

БАК произвел первое столкновение ионов свинца 7 ноября 2010 года примерно в 0 часов 30 минут по центральноевропейскому времени.[10][11]

Первые столкновения в центре ALICE, ATLAS, CMS имели место менее чем через 72 часа после того, как БАК завершил свой первый разгон протонов и переключился на пучки ионов Pb. Ядро Pb состоит из 82 протонов, БАК ускоряет каждый протон до энергии 3.5 ТэВ, что в результате дает энергию в 287 ТэВ на пучок, и общую энергию столкновения ядер, равную 574 ТэВ.

До 3,000 заряженных частиц излучались во время каждого опыта, показанные тут как линии, исходящие из точки коллизии. Цвета линий указывают на то, сколько энергии каждая частица несет после взаимодействия.

Столкновения p-Pb

[править | править код]
p-Pb столкновение с энергией в системе центра масс на соударяющуюся пару нуклонов 5.02 ТэВ, записанное 13 сентября 2012 года.

Работа БАК в 2013 году началась с экспериментов по столкновению протонов с ионами свинца.[12] Эксперимент был проведен за счет вращающихся в противоположных направлениях пучков протонов и ионов Pb, и начался с центрированных орбит с различными циклическими частотами, затем отдельно разогнанных до максимальной для ускорителя энергии.[13]

Первые p-Pb опыты в БАК продолжались один месяц, тогда были получены данные, которые помогают физикам коллаборации дифференцировать эффекты плазмы от эффектов, которые происходят из холодной ядерной материи, что вносит свой вклад в изучение КГП.

В случаях Pb-Pb столкновений, конфигурация кварков и глюонов, которые составляют протоны и нейтроны ускоряемого ядра свинца, могут чем-то отличаться от отдельно ускоряемых протонов. Для того, чтобы понять, если часть эффектов, которые мы видим при сравнении соударений Pb-Pb и p-p, происходят из-за этой разницы в конфигурации в большей степени, чем из-за формирования плазмы, использование столкновений Pb с протонами является идеальным инструментом для опыта.

Источники

[править | править код]
  1. ↑ Наталия Лескова В начале были кварки // В мире науки. — 2017. — № 3. — С. 4 - 9.
  2. ↑ ALICE through the phase transition Архивная копия от 4 марта 2016 на Wayback Machine, CERN Courier, 30 October 2000
  3. ↑ Interview with Krishna Rajacopal Архивная копия от 11 февраля 2014 на Wayback Machine, ALICE Matters, 15 April 2013
  4. ↑ Interview with Johan Rafelski Архивная копия от 11 февраля 2014 на Wayback Machine, ALICE Matters, 18 December 2012
  5. ↑ ALICE New Kid on the block Архивная копия от 2 марта 2015 на Wayback Machine CERN Courier, 19 September 2008
  6. ↑ ALICE Experiment approved Архивная копия от 14 декабря 2016 на Wayback Machine CERN timeline
  7. ↑ Experiments Revisit the Quark-Gluon Plasma Архивная копия от 4 марта 2016 на Wayback Machine CERN Courier, 26 February 2001
  8. ↑ RHIC starts producing data Архивная копия от 4 марта 2016 на Wayback Machine CERN Courier, 10 October 2000
  9. ↑ Interview with CERN's theorist Urs Wiedemann Архивная копия от 11 февраля 2014 на Wayback Machine ALICE Matters, 13 July 2012
  10. ↑ LHC begins physics with lead ions Архивная копия от 4 марта 2016 на Wayback Machine CERN Courier, 30 November 2010
  11. ↑ First ions for ALICE and rings for LHCb Архивная копия от 23 ноября 2009 на Wayback Machine CERN Courier, 30 October 2009
  12. ↑ First lead-ion collisions in the LHC Архивная копия от 9 ноября 2016 на Wayback Machine Symmetry Magazine, 08 November 2010
  13. ↑ Cian O'Luanaigh. Protons smash lead ions in first LHC collisions of 2013 (22 января 2013). Дата обращения: 9 декабря 2016. Архивировано 20 сентября 2015 года.

Ссылки

[править | править код]
  • Официальная страница ALICE Архивная копия от 21 февраля 2011 на Wayback Machine в CERN. (англ).
  • Детектор ALICE на сайте «Элементы».
  • Эксперимент ALICE на сайте НИИЯФ МГУ.
  • Российский подход к созданию Вселенной, журнал «Санкт-Петербургский университет», 17.05.2005.
  • ALICE photography panorama
  • Photography panorama of ALICE detector center
  • The ALICE Collaboration, K Aamodt; et al. (14 августа 2008), "The ALICE experiment at the CERN LHC", Journal of Instrumentation, 3 (S08002), doi:10.1088/1748-0221/3/08/S08002, Дата обращения: 26 августа 2008 {{citation}}: Явное указание et al. в: |author= (справка) (Full design documentation)
  • «Кто такая Элис?» «Наша Газета.ch» от 03.04.2014.
  • Детектор ALICE изучает тонкие эффекты в рождении адронов
Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=ALICE_(эксперимент_LHC)&oldid=141240912