Группа учных НИИЯФ МГУ имени М.В. Ломоносова участвует в реализации проекта Международного линейного коллайдера. Фото с сайта: www.i-mash.ru

По сообщению издания «i-Маш», группа учных Научно-исследовательского института ядерной физики им. Д. В. Скобельцына Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (НИИЯФ МГУ) под руководством Михаила Моисеевича Меркина, изготовила около 400 детектирующих элементов для прототипа электромагнитного калориметра Международного линейного коллайдера (International Linear Collider, ILC). Это 90% от общего числа.

Работы ведутся в рамках коллаборации CALICE (CAlorimeter for LInear Collider Experiment), которая занимается разработкой и тестированием прототипов калориметров для ILC. В настоящее время прототип электромагнитного калориметра прошл испытания на пучках в ЦЕРНе и ФермиЛабе, сообщает научный корреспондент НИИЯФ МГУ Васильева А.Л.

Разрабатываемый прототип электромагнитного калориметра для детектора Международного линейного коллайдера гетерогенный, то есть он имеет структуру сэндвича – слои поглощающего материала чередуются со слоями детектирующего материала. Эта идея впервые была предложена в НИИЯФ МГУ Н. Л. Григоровым, В. С. Мурзиным и И. Д. Рапопортом.

Поглощающим материалом калориметра служит вольфрам в виде пластины толщиной 1.4 мм (передняя, наиболее точная часть), 2.8 мм (средняя часть) и 4.2 мм (последние 10 слов, для регистрации наиболее высокоэнергетичной электромагнитной компоненты). Общая радиационная длина – 24Х0. Вольфрам хорош тем, что из-за высокой плотности доля поглощаемой в нм энергии велика и в то же время радиус Мольера (параметр, определяющий уширение электромагнитного ливня в материале) мал.

В качестве детектирующего материала использован кремний в виде ячеек размером 1 на 1 сантиметр, называемых детектирующими элементами (см. изображение справа). Именно их разработали и изготовили в НИИЯФ МГУ. Преимущество кремния: кроме того, что он слабо влияет на параметры частиц, в частности, на уширение ливня из-за малой толщины, этот материал позволяет сделать калориметр более компактным, так как плотность кремния примерно в тысячу раз больше плотности газов, используемых в качестве детектирующего материала. А выбранный размер чувствительной ячейки позволяет устойчиво разделять два соседних ливня, даже если они порождены частицами из одной распадной вершины.

В прототипе кремний-вольфрамового электромагнитного калориметра для детектора Международного линейного коллайдера поглощающие и детектирующие слои расположены перпендикулярно к направлению падающей частицы. Попав в поглощающий материал, частица взаимодействуют с ним главным образом посредством электромагнитного взаимодействия. Это инициирует возникновение вторичных частиц (электронов, позитронов и гамма-квантов), их возбуждение, а также ионизацию среды.

Далее в детектирующем материале никакое взаимодействие не происходит. Здесь только собирается ионизационный сигнал от каждой заряженной частицы. Один детектирующий элемент (ячейка) может зарегистрировать до 50 миллионов частиц в секунду. Для сбора информации о направлении движения частицы и выделившейся энергии детектирующий материал имеет поперечную, относительно траектории частицы, сегментацию ячеек. Многослойность калориметра позволяет получить информации о продольной форме ливня и, исходя из этого, – о типе частицы. По мере продвижения вторичных частиц вглубь калориметра их количество увеличивается. Лишь некоторые вторичные частицы могут застрять в поглотителе и не дать следующий каскад (ливень) вторичных частиц.

Прототип кремний-вольфрамового электромагнитного калориметра для детектора Международного линейного коллайдера состоит из 30 слов каждого материала. Общая толщина прототипа – 20 сантиметров. Вс это в комплексе обеспечивает остановку и поглощение всех вторичных частиц, что позволяет собрать и суммировать все сигналы с детектирующих слов.