Ученые НИЯУ МИФИ в составе международной коллаборации PHENIX

В эксперименте PHENIX, проводимом на релятивистском коллайдере тяжёлых ионов (RHIC, Брукхейвен, США), группа специалистов из МИФИ начала работать с 24 декабря 2014 года. В настоящее время в состав международной коллаборации входят 560 ученых из 76 университетов, расположенных в 14 странах мира.

PHENIX является не единственной коллаборацией на RHIC, в составе которой работают физики из НИЯУ МИФИ. С 1994 года сотрудники Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» принимают активное участие в работе коллаборации STAR.

Экспериментальные исследования столкновений тяжелых ионов при высоких и промежуточных энергиях ведутся уже на протяжении более тридцати лет. Основной целью данных исследований является поиск и изучение свойств нового состояния материи – кварк-глюонной плазмы, которая образуется при экстремально высоких температурах и/или плотностях энергии и состоит из квазисвободных кварков, антикварков и глюонов. Предполагается, что Вселенная находилась в данном состоянии в первые мгновения после Большого Взрыва (около 10⁻¹¹ с). Впервые кварк-глюонная плазма была экспериментально получена в 2005 году при изучении столкновений ядер золота при энергии Ös_NN = 200 ГэВ в экспериментах STAR (Solenoidal Tracker at RHIC) и PHENIX (Pioneering High Energy Nuclear Interaction eXperiment) на коллайдере RHIC, расположенном в Брукхейвенской национальной лаборатории (США).

В число основных открытий, сделанных в эксперименте PHENIX в области релятивистской ядерной физики в результате изучения центральных столкновений тяжелых ядер, входит:

- Первое экспериментальное наблюдение эффекта гашения струй (“jet quenching”) в 2002 году, проявляющегося в подавлении выхода адронов с большими поперечными импульсами. [1]

- Открытие универсальности масштабирования эллиптического потока, измеренного для различных идентифицированных адронов в зависимости от их кинетической энергии, с числом валентных кварков в 2006 году. Обнаруженный эффект демонстрирует партонную природу коллективных эффектов, обнаруженных на ускорителе RHIC. [2]

- Первое измерение спектров рождения мягких прямых фотонов, что позволило оценить температуру образующейся в столкновениях кварк-глюонной плазмы. Эта температура оказалась чрезвычайно высокой, порядка 4x10¹² градусов по Цельсию, что в сто тысяч раз превосходит температуру в центре Солнца. [3]

- Открытие коллективных потоков в малых системах, в столкновениях легких и тяжелых ядер: d+Au и He³ + Au при энергии 200 ГэВ. [4]

Одним из направлений, которым занимается группа МИФИ в коллаборации PHENIX, является изучение эффекта гашения струй через измерение спектров рождения по поперечному импульсу для различных типов адронов, образующихся в столкновениях различных ядер: Au+Au, Cu+Au, Cu+Cu и U+U. Это направление возглавляют профессора В.М. Самсонов и В.Г. Рябов из Петербургского института ядерной физики им. Б. П. Константинова (ПИЯФ). Группа ученых из ПИЯФ работает в коллаборации PHENIX уже более 20 лет, была ответственна за разработку и создание основного детектора центральной трековой системы эксперимента – дрейфовых камер.

Вторым научным направлением является изучение коллективных потоков частиц, рождающихся в ядро-ядерных столкновениях. Это направление возглавляет доцент кафедры 67 А.В. Тараненко. С 2001 по 2015 год он возглавлял это направление в группе PHENIX из университета Стони-Брук (США).

Коллаборация PHENIX заинтересована в участии студентов и аспирантов МИФИ в эксперименте и обработке экспериментальных данных. В рамках подготовки к научно-исследовательской работе (НИРС) по данному научному направлению для студентов 1-3 курса факультета “T” с сентября 2015 года будут прочитаны следующие факультативные курсы:

1) Программирование на языке С++

2) Основы обработки экспериментальных данных с помощью пакета ROOT

3) Основы релятивистской ядерной физики

4) Оформление и подготовка научных презентаций

Хорошо проявившие себя студенты будут направляться в Брукхейвенскую национальную лабораторию (США) на срок 2-4 месяца для проведения физического анализа экспериментальных данных, обсуждения с коллаборацией получаемых результатов, участия в работе и наборе данных международной коллаборации PHENIX.

[1] (PHENIX Collaboration), “Suppression of hadrons with large transverse momentum in central Au+Au collisions at 130 GeV, Phys.Rev.Lett. 88 (2002) 022301

[2] (PHENIX Collaboration) "Scaling properties of azimuthal anisotropy in Au+Au and Cu+Cu collisions at 200 GeV", Phys. Rev. Lett. 98, 162301

[3] (PHENIX Collaboration) "Enhanced production of direct photons in Au+Au collisions at 200 GeV and implications for the initial temperature", Phys. Rev. Lett. 104, 132301

[4] (PHENIX Collaboration) "Measurements of long-range angular correlation and quadrupole anisotropy of pions and (anti)protons in central d+Au collisions at 200 GeV", Phys. Rev. Lett. 114, 192301