В рамках Дней SPD в Дубне [1] 15 сентября состоялась первая видеоконференция, посвященная проекту Spin Physics Detector [2] на строящемся в ОИЯИ коллайдере NICA [3]. О концепции, текущем состоянии и перспективах SPD руководитель эксперимента, физик Алексей Гуськов рассказал Яну Махонину.
— Кто участвовал в первой видеоконференции Дней SPD? Как она прошла?
— Это была первая встреча в пробном дистанционном формате с людьми из внешних по отношению к ОИЯИ групп, у которых есть потенциальный интерес к проекту. Мы ориентировались на новичков, на тех, кто про SPD еще ничего не знает. Поскольку наша коллаборация в самом начале стадии формирования, для нас такой митинг был, несомненно, весьма полезен. Во-первых, мы донесли информацию о нашем проекте до широкого круга внешних участников — на наше мероприятие зарегистрировались почти 70 человек. Во-вторых, по их вопросам и комментариям мы получили представление о том, насколько им этот проект интересен в целом и что именно их в нем интересует больше всего. Следует отметить, что в SPD имеются разные точки приложения для новых участников: чистая наука — физика структуры адронов, создание и оптимизация экспериментальной установки, компьютерные технологии и т. д. И каждое из этих направлений по-своему интересно.
— Сколько организаций и из каких стран намерены участвовать в коллаборации SPD?
— Помимо новичков, которые приняли участие в видеоконференции, есть уже и те, кто с нами давно и плотно сотрудничает. Сейчас интерес к проекту выразили примерно два десятка научных учреждений из разных стран. Прежде всего, конечно, это российские университеты и институты: ФИАН, ИТЭФ, Самарский университет и многие другие. Но также есть партнеры из Чехии, Польши, Италии, Кубы, Китая, Чили. Интерес к проекту SPD однозначно есть, и это очень хороший признак. Это особенно важно, учитывая тот факт, что сообщество ученых, занимающихся спиновой физикой, в мире невелико.
— Концептуальный проект SPD уже готов? Что можете сказать о конфигурации экспериментальной установки?
— SPD — одна из двух установок на коллайдере NICA. Если основная задача установки MPD — изучение свойств горячей и плотной адронной материи в столкновениях тяжелых ионов, то задача SPD — изучение спиновой структуры протона и дейтрона, а также прочих спин-зависимых эффектов в их взаимодействиях. Несмотря на то, что обе задачи связаны с проверкой основ теории сильных взаимодействий — квантовой хромодинамики, — с экспериментальной точки зрения это довольно разные задачи, требующие разных подходов к созданию экспериментальной установки. Что касается конфигурации установки SPD — она в общих чертах готова, хотя детали еще «плавают». Но я могу точно сказать, что она не будет похожа на детектор MPD [4]. Концептуальный проект эксперимента SPD будет представлен в январе следующего года.
— Коллаборация SPD уже формируется? Разработана ли ее Конституция?
— Да, формируется. Однако формирование любой международной коллаборации — процесс длительный. И разработка, и принятие Конституции — это лишь один из необходимых этапов. Проект Конституции у нас есть, но это пока внутренний документ, по нему ведутся дискуссии. Думаю, сейчас преждевременно его обсуждать публично.
— Когда будет построена установка SPD? Сколько времени займет разработка технического проекта?
— Технический проект должен быть готов уже к концу следующего года. Посмотрим, как задуманное будет выполняться. Поскольку на первом этапе работы коллайдера NICA в приоритете будет работа с пучками тяжелых ионов, время SPD придет не раньше 2025 года.
— Спиновая структура нуклонов пока не очень хорошо изучена. Что мы знаем про нее? Сможет ли SPD помочь выяснить, из чего складывается спин протона?
— Спиновая структура адронов, т. е. частиц, построенных на основе сильного взаимодействия, — это действительно один из самых сложных вопросов квантовой хромодинамики. Эта теория отлично работает при расчетах взаимодействий адронов высоких энергий — например, на Большом адронном коллайдере [5]. На низких энергиях она, к сожалению, не так успешна. Возьмем атом водорода: зная, как протон взаимодействует с электроном, мы можем легко предсказать все свойства атома. Но базовые свойства адронов — их массу, распределение заряда, структуру, включая спиновую, — из первых принципов установить пока не удается. Поэтому информация о спиновой структуре адронов может быть получена только экспериментальным путем. Мы знаем, что спин протона сложным образом складывается из спина заключенных в нем партонов — кварков и глюонов, — а также из их орбитальных моментов. Мы знаем, что существуют довольно сложные корреляции между направлением импульса нуклона, направлением спина нуклона, направлением спина партона и поперечным импульсом движения партона внутри нуклона. Эти корреляции неплохо изучены для кварков, в то время как по глюонам информации крайне мало. Именно изучение вклада глюонов в общую картину спина нуклона и станет основной задачей SPD.
— Изучение структуры спина нуклона — дело неновое. Какие работы в этом направлении ведутся в зарубежных научных центрах? Что делает SPD привлекательным и конкурентоспособным в мировых масштабах?
— Сейчас над проблемой спина работают эксперименты COMPASS [6] в ЦЕРНе, эксперименты STAR [7] и PHENIX [8] на коллайдере RHIC [9] в Брукхейвенской национальной лаборатории [10] (США). На Большом адронном коллайдере планируются эксперименты по взаимодействию протонного пучка с поляризованной мишенью. Для этих же целей проектируется в США электрон-ионный коллайдер EIC [11]. С одной стороны, все эти проекты довольно разные и по способу «проникать» в нуклон, и по диапазону энергий, в котором планируются исследования. С другой стороны, они дают возможность взглянуть на проблему с разных сторон. У SPD есть несколько особенностей, которые позволяют ему занять свою уникальную нишу. Во-первых, ожидается, что в столкновении поляризованных протонных пучков на коллайдере NICA будет достигнута светимость, которая не была доступна прежде в спиновых экспериментах в этом диапазоне энергий. Во-вторых, уникальной будет возможность изучать столкновения поляризованных дейтронов, которые по своей структуре куда более сложные объекты, нежели просто связанные протон и нейтрон.
— Что такое тестовая зона SPD, какова ее цель и какие команды из России и других стран в ней принимают участие?
— Тестовая зона SPD — это зона, где выведенный вторичный адронный пучок с уже существующего ускорителя «Нуклотрон» может быть использован для тестирования и калибровки отдельных элементов детектора SPD, а также их сборки. Там же пройдут обкатку системы сбора данных и мониторинга. Ну и самое главное, молодые физики получат опыт, который им будет необходим к запуску SPD. Мы ожидаем, что наша тестовая зона начнет функционировать к концу следующего года.
— Вы защитили свою кандидатскую диссертацию в Туринском университете. Какой была ее тема?
— Она была совсем не связана со спиновой физикой. Это было измерение поляризуемости пи-мезона в эксперименте COMPASS.
— Вы участвовали в этом эксперименте с самого начала?
— Нет. Я пришел в COMPASS в конце 2003 года и участвую в нем до сих пор. Как я уже говорил, COMPASS тоже проводит исследования, имеющие отношение к спиновой структуре нуклонов, причем примерно в том же диапазоне энергий, что планирует использовать и SPD. Несомненно, опыт, полученный на COMPASS, мне очень помогает в работе над SPD.
— Получается, вы живете между Дубной и ЦЕРНом?
— Когда-то жил, сейчас уже в значительно меньшей степени.
— Каково ваше личное участие в разработке установки SPD и организации вокруг нее международной коллаборции?
— С одной стороны, я участвую в проекте SPD почти с самого начала, как минимум лет 10. Однако долгое время для меня этот проект не был основным. Руководителем проекта SPD я стал недавно, всего несколько месяцев назад, и это заставило меня радикально сменить направление активности. Тут и новая физика, и новый опыт, и новая ответственность.
— Какое значение подготовка проекта SPD имеет для ОИЯИ?
— Физики из ОИЯИ имеют огромный опыт участия в больших международных экспериментах и вносят важный вклад в эти эксперименты. Но, как правило, они присоединяются к ним уже на стадии, когда проект готов или, как минимум, утвержден. Соответственно, самые ранние этапы разработки проекта остаются для наших физиков за кадром. Поэтому работа над собственным проектом начиная с самых первых его этапов — это уникальный шанс для ученых ОИЯИ получить бесценный опыт.
* * *
В рамках Дней SPD состоялись еще две двухдневные видеоконференции [12]. По словам Алексея Гуськова, в отличие от первого мероприятия, которое было больше организационным, они были посвящены исключительно научным вопросам. Основная тема первой (30 сентября — 1 октября) — состояние дел в изучении поляризованной и неполяризованной глюонной структуры нуклонов, как со стороны теории, так и со стороны эксперимента. Тема второй (5–6 октября) — возможность проведения различных измерений на начальном этапе работы установки, когда энергия и светимость столкновений еще не достигнут проектных значений.
- jinr.ru/posts/pervyj-tsikl-soveshhanij-dni-spd-v-dubne-nachalsya
- spd.jinr.ru
- nica.jinr.ru
- nica.jinr.ru/projects/mpd.php
- home.cern/science/accelerators/large-hadron-collider
- home.cern/science/experiments/compass
- bnl.gov/rhic/STAR.asp
- bnl.gov/rhic/PHENIX.asp
- bnl.gov/rhic
- bnl.gov/world
- bnl.gov/eic
- trv-science.ru/2020/10/dni-spd-v-dubne-itogi