№ 7 (3755), 30 апреля 2007 года
главная | оглавление | <... | ...>	наука

ALICE:
15 лет, половина пути!

Турин, Утрехт, Триест, Амстердам, Киев, Харьков, Нант, Хельсинки, Страсбург, Санкт-Петербург — названия этих городов были нанесены 15 марта 2007 года в Европейском Центре ядерных исследований в Женеве на защитный кожух внутренней трековой системы (Inner Tracking System (ITS)) — сердца установки ALICE, что ознаменовало завершение очередного важного этапа подготовки эксперимента по поиску кварк-глюонной плазмы на Большом адронном коллайдере. Собранная система была спущена под землю на глубину 100 м и установлена в рабочем положении. Впереди тесты, запуск всей установки ALICE и еще 15 лет исследований, в которых продолжает участвовать команда СПбГУ.

© Фото коллаборации ALICE: Полностью собранная внутренняя трековая система перед упаковкой в защитный кожух.

Долгий путь от первого эскиза самого центрального узла установки ALICE до практической реализации начался в 1992 году в Санкт-Петербурге. Тогда с объединенной идеей эксперимента по поиску экстремальных состояний ядерного вещества выступили 50 институтов из 15 стран (и среди них СПбГУ). Ожидаемые новые эксперименталь­ные данные по столкновениям частиц на Большом адронном коллайдере в Европейском Центре ядерных исследований (ЦЕРН) — это часть того фундамен­та, на котором будет стоять в следующие десятилетия фи­зическая наука. Университетские пред­ложения прошли европейскую экспертизу и получили поддержку, команде из Санкт-Петербурга доверили вести и координировать работы по двум центральным системам установки ALICE. В настоящее время в эксперименте, начало которого запланировано на декабрь 2007 года, участвует международный коллектив уже из 80 институтов (30 стран, 1000 физиков), в том числе научные сотрудники, преподаватели, аспиранты и студенты Университета. А в то время для поиска ответа на одну «нерешаемую задачу» вокруг небольшой университетской группы из НИИ физики им. В.А.Фока СПбГУ сложилась инициативная команда высококлассных специалистов из Центрального конструкторского бюро машиностроения (ЦКБМ), ВНИИ метрологии, ПИЯФ, Научно-производственных объединений «Авангард», «Гранит», «Светлана». Разработку новых кремниевых детекторов вели коллеги из Италии и Голландии, микрочипами электроники занимались итальянские и французские специалисты. Технические требования к уникальной будущей внутренней трековой системе ALICE оказались сотканными из сплошных противоречий и проблем.

Задача выглядела поначалу невыполнимой: 10 кв.м. тончайших координатно-чувствительных пластинок кремниевых детекторов и сопутствующей электроники должны быть размещены с высокой точностью и стабильностью — на уровне нескольких микрон (!) — вокруг места встречи ядер свинца, летящих навстречу друг другу почти со скоростью света. При этом надо бы обойтись практически без применения каких-либо материалов, — с тем чтобы обеспечить радиационную прозрачность всей системы. Для регистрации сигналов с новейших координатно-чувствительных кремниевых пиксельных, дрейфовых и стриповых детекторов планировалось использовать специализированные многоканальные чипы, включающие малошумящие аналоговые и цифровые модули. Несмотря на всю оптимизацию, эти 10 миллионов миниатюрнейших каналов первичной микроэлектроники выделяют в сумме все-таки до 7 кВт тепловой мощности, и это тепло надо куда-то отводить, поддерживая рабочую температуру детекторов на уровне 22 градусов Цельсия. Вдобавок часть детекторов требуют температурной стабилизации в 0.1 градуса. И эту задачу, составляющую важную часть фантастического, крупнейшего в мире проекта по столкновениям сверхрелятивистских тяжелых ионов, надо было решить!

© Фото коллаборации ALICE: одна из санкт-петербургских «изюминок» для радиационно-прозрачной внутренней трековой системы — сверхлегкие пространственные углепластиковые монолитные фермы для поддержки детекторов. Данный композит обеспечивает требуемые прочностные характеристики лучше, чем сталь, в то же время при длине 120 см вес фермы составляет всего 24 г.

Невиданные до сего времени в лабораторных условиях плотности энергий должны возникать при лобовых столкновениях ядер, разогнанных в кольцевом тоннеле общей длиной 27 км почти до световых скоростей. По физической природе эти условия в миниатюре (примерно в объеме одного ядра) оказываются близкими к тем, что существовали в первые микросекунды жизни нашей Вселенной после Большого взрыва. Изучение поведения материи в таких экстремальных условиях позволит расширить наши представления как в области физики микромира, так и в истории развития галактик и Вселенной. В результате каждого столкновения ядер в эксперименте ALICE ожидается рождение до нескольких десятков тысяч частиц. Каждая частица, попадающая в детектирующие системы ALICE, должна быть зарегистрирована и идентифицирована. Первая информация об этих частицах как раз и должна поступать от внутренней трековой системы, окружающей точку встречи двух ядер.

Операция по подготовке к спуску в шахту весьма дорогостоящей и хрупкой внутренней трековой системы началась в 8 часов утра. Транспортировка «бочки с проводами» — так выглядит ITS после установки защитного кожуха — к входу в шахту прошла без проблем.

Спуск на глубину 100 метров продолжался чуть более двух часов ввиду высочайших предосторожностей и очень малой скорости движения. Не обошлось и без проблем при проводке ITS через внутреннюю часть время-проекционной камеры ALICE — всех заставил понервничать «недокрученный» винтик защитного кожуха ITS. Вполне понятно, что сверхплотная упаковка всех внутренних систем ALICE не позволяет данной «роскоши»… Еще 40 минут (!) работы по исправлению данного промаха покажутся совсем ничтожным добавлением на фоне всех задач, выполненных за 15 лет (как хорошо знают все экспериментаторы, «мелочей» не бывает!). Итак, в четверг 15 марта 2007 года, в 14-40, собранная и протестированная кремниевая трековая система эксперимента ALICE была установлена в рабочем положении. Впереди — подсоединение 3000 разъемов и новые тесты перед запуском. Еще одна любопытная информация: система PVSS контроля параметров установки, наладкой которой занимались специалисты СПбГУ, позволяет мониторировать параметры и управлять режимами ITS дистанционно, находясь за тысячи километров от Женевы.

© Фото коллаборации ALICE: Внутренняя трековая система на финальном этапе сборки. Теперь10 лет вся эта красота будет доступна лишь элементарным частицам.

От идеи до реализации — почти 15 лет усилий международного научного коллектива, а скромный банкет с итальянским красным вином и швейцарским сыром по случаю успешного спуска занял всего около часа: так завершился этот цикл.

Выбор концепции центральных систем ALICE, разработка и отладка технологий, новые решения по миниатюрным тепловым мостам — материнским платам микроэлектроники, сверхлегкие углепластиковые фермы, сборка и испытания первых прототипов, контроль деформаций, численное моделирование и анализ данных, участие в разработке алгоритмов съема информации с детекторов и контроля параметров, изготовление и тестирование финальных узлов и компонентов, изготовление полномасштабных тепловых макетов ITS и испытательных стендов, установка и адаптация объектно-ориентированной платформы AliROOT для анализа данных, тестирование с 2004 года новейших информационных GRID-технологий AliEn/LCG распределенных вычислений и обработки данных ALICE, разработка физической программы исследований и подготовка к поиску нового физического явления слипания кварк-глюонных струн — вот краткий перечень основных направлений работ, которые велись в Санкт-Петербурге все эти 15 лет в рамках международного сотрудничества ALICE в теснейшем взаимодействии с основными партнерами. Теперь, в течение всех многих лет предстоящего эксперимента, названия этих города-участников будут «читать» только элементарные частицы — продукты термализации кварк-глюонной плазмы, только им будет видна и вся скрытая от посторонних глаз красота внутренней трековой системы. А для университетской команды ALICE это должно стать временем нового поиска и возможных открытий.  

16.03.07, CERN

Г.А.Феофилов,
заведующий лабораторией физики сверхвысоких энергий
НИИ физики им.В.А.Фока СПбГУ,
член Совета международной коллаборации ALICE
на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе с 1992 года.

© Журнал «Санкт-Петербургский университет», 1995-2007 Дизайн и сопровождение: Сергей Ушаков