| ||||||
Меридианы сотрудничества ОИЯИ в эксперименте DUNEСегодня проект международного нейтринного эксперимента Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) насчитывает более 1000 ученых из различных стран мира, и среди участников этой большой международной коллаборации - сотрудники Объединенного института ядерных исследований. Об эксперименте, его научной инфраструктуре и участии в нем группы ОИЯИ рассказывает один из ее руководителей, кандидат физико-математических наук, начальник сектора методических исследований научно-экспериментального отдела физики элементарных частиц Лаборатории ядерных проблем Николай АНФИМОВ.DUNE, запуск которого планируется после 2025 года, принадлежит к числу экспериментов с ускорительными нейтрино. Искусственные источники нейтрино предоставляют ученым гораздо больше возможностей для исследования, поэтому эксперименты с реакторными и ускорительными нейтрино являются наиболее эффективными для изучения осцилляций (превращений) неуловимых частиц. Так, в эксперименте DUNE ускорительный комплекс Fermilab сбрасывает пучок протонов на мишень. Получившиеся в процессе взаимодействий нейтрино пройдут сначала через ближний детектор частиц в Фермилабе, а затем через 1300 км достигнут дальнего детектора в исследовательском центре Стэнфорда. В составе ближнего детектора предполагается использование модульной времяпроекционной камеры, заполненной жидким аргоном, - ND-LAr TPC. Здесь перед учеными встала нетривиальная задача регистрации вспышки сцинтилляционного света, возникающей при взаимодействии частиц в жидком аргоне. Чтобы регистрировать такие световые потоки, обычно используют вакуумные или кремниевые фотоумножители. В данном эксперименте свет надо регистрировать вдоль сильного электрического поля, напряженность которого может достигать киловольт на сантиметр. Поэтому системы регистрации света должны быть сделаны из диэлектрических материалов как раз в той части камеры, где этот свет и распространяется. И ОИЯИ взялся такую систему сделать.
Мы воспользовались опытом коллег из научно-экспериментального отдела ядерной спектроскопии и радиохимии нашей лаборатории, которые участвуют в эксперименте GERDA. Там был применен похожий метод регистрации света в жидком аргоне с использованием сдвигающего спектр вещества - тетрафенилбутадиена (TPB). Покрытие из TPB наносится на зеленые спектросмещающие волокна. Вакуумный ультрафиолет преобразуется в голубой свет, который может захватываться зелеными спектросмещающими волокнами и далее транспортироваться за область сильного электрического поля, где уже можно поставить стандартный кремниевый фотоумножитель - SiPM. В GERDA нет электрического поля, но мы использовали идею наших коллег, адаптировав ее под наши задачи и условия. На сегодняшний день готова опытная партия таких светосчитывающих модулей. В Бернском университете собран прототип времяпроекционной камеры со всеми необходимыми компонентами. В марте-апреле 2021 года мы с младшим научным сотрудником Александром Селюниным ездили в командировку в Берн для проведения тестовых испытаний камеры. Собранная установка показала прекрасные результаты. Это большой успех, тем более, что обсуждение проекта шло удаленно из-за ковидных ограничений. В настоящее время в Бернском университете проводятся тесты прототипов детекторов. То, как в этих тестах работает детектор, это что-то фантастическое: прекрасно видно треки частиц, все очень хорошо сшивается. Даже на космических лучах видно суперинтересную физику. После завершения тестирования прототипов будем выходить на промышленное производство детекторов. Мы очень рассчитываем на сотрудничество с отечественными компаниями, которым сможем передать наши разработки в серийное производство. Необходимо будет сделать партию в тысячи детекторов и восемь тысяч каналов электроники. Требований к будущему партнерскому производству очень много, в том числе по уровню квалификации персонала. Необходимо будет масштабировать нынешнюю версию детектора, так как прототип спроектирован в уменьшенном масштабе. Запустить массовое производство необходимо в следующем году. Мы присоединились к проекту в 2017 году на уровне разработки опытных образцов. Затем стало понятно, что мы готовы сделать хороший, масштабный детектор. Это требует огромного количества ресурсов даже на этапе прототипирования. И в мае прошлого года мы официально вступили в коллаборацию DUNE. Проект был успешно представлен на ПКК ОИЯИ и включен в Проблемно-тематический план Института до 2023 года как проект создания прототипа. Надеюсь, к 2023 году мы придем к созданию всей системы, и в этом статусе наш проект в рамках ПТП будет продлеваться.
|
|