Интервью 26 июля 2017

Молодые ученые из МИФИ протестировали детектор для будущих экспериментов на Большом адронном коллайдере

Слева направо: Константин Воробьев, Димитрий Краснопевцев, Петр Тетерин рядом с прототипом детектора переходного излучения

Летом этого года группа ATLAS НИЯУ МИФИ под руководством профессора Анатолия Самсоновича Романюка проводит очередной сеанс тестирования различных прототипов детекторов переходного излучения. Накануне нового сеанса или, как говорят между собой участники тестирования, тестбима (от англ. test beam - тестовый пучок), нам удалось пообщаться с Анатолием Самсоновичем, а также с опытными сотрудниками и молодыми студентами, которые впервые побывали в Европейском центре ядерных исследований (CERN) и самостоятельно работали с пучками частиц на ускорителе SPS.

Анатолий Романюк, руководитель проекта

- Расскажите, пожалуйста, про цели проекта?

- Мы разрабатываем детекторы переходного излучения, которые могут быть использованы для идентификации адронов больших энергий в экспериментах на Большом адронном коллайдере в CERN, а также в экспериментах на будущих ускорителях и при исследовании космических лучей. Одной из научных программ, где возможно применение нового прототипа, это эксперимент со спектрометром под малыми углами (Small Angle Spectrometer, SAS). Данный эксперимент находится сейчас на стадии формирования. Его главной задачей должно стать изучение рождения адронов в протонных столкновениях, что важно само по себе, однако, большое значение он также будет иметь для физики космических лучей высоких энергий, где сейчас есть загадочный эффект при энергии около 1017ТэВ. Поскольку ключевым элементом SAS является детектор, способный разделять адроны в ТэВной области энергий, то существование этого эксперимента критическим образом зависит от результатов наших разработок. Коллаборация другого, уже действующего эксперимента COMPASS, также заинтересована в проекте нашей группы.

В этом году были исследованы прототипы на основе тонкостенных пропорциональных камер, кремниевых пиксельных детекторов и кремниевых микро-стриповых детекторов. Прототип на основе тонкостенных пропорциональных камер был собран нашими сотрудниками заново со значительно улучшенными характеристиками по сравнению с предыдущим годом. Измененная геометрия позволит в прямом смысле рассмотреть изучаемые эффекты под более широким углом. Кроме того, в этом прототипе было уделено большое внимание отказоустойчивости всех узлов. Наша группа анализировала спектральные и угловые характеристики переходного излучения, полученного при помощи созданных нами радиаторов разного типа.

Константин Воробьев, координатор тестбима

Расскажи, пожалуйста, что такое тестирование детектора на пучке и для чего проводят подобные эксперименты?

- В любом физическом исследовании на БАК важно эффективно идентифицировать элементарные частицы, другими словами уметь отделять, например, электроны от пи-мезонов. Цель нашего детектора как раз в этом. Во время тестов мы устанавливаем прототип на пути пучка элементарных частиц. Когда частицы пролетают сквозь детектор в чувствительных элементах, возникает сигнал, по которому мы можем определить тип частиц. Важно заметить, что для идентификации частиц используется сигнал не от самих частиц, а от фотонов переходного излучения. Эти фотоны излучаются частицами, когда они проходят через специальные радиаторы, установленные перед детектором. Сам прототип способен улавливать эти фотоны и измерять их энергию. Поэтому он и называется детектором переходного излучения.

К этому сеансу на пучке частиц, как и к предыдущим, готовились заблаговременно, очень помогли ценные знания, которые были получены во время анализа данных, собранных в прошлом году.

- В прошлом году ты тоже координировал работу всей команды, расскажи, пожалуйста, каково это ставить эксперимент?

- Надо сказать, что приходится много времени уделять согласованию работ между нашей командой и теми людьми, которые одновременно работают на пучке частиц. “Ускорительное время” очень ценное, при этом одновременно проводится несколько экспериментов, так что все исследователи должны все время быть на связи друг с другом. Нужно заранее согласовать время и место установки прототипа, параметры пучка частиц, с которым мы будем работать. В собственной группе необходимо тоже поставить задачи перед каждым участником, убедиться в том, что задача ясна и не будет никаких проблем с ее выполнением. Задачи внутри группы у нас разные. Кто-то отвечает за сборку детекторов, кто-то за создание системы, которая позволит в реальном времени следить за сбором данных и состоянием каждого элемента прототипа.

Петр Тетерин, один из создателей прототипа

- Как нам известно, в этом году ты участвовал в работе над созданием прототипа. Сложно ли создавать детектор элементарных частиц?

- Создать качественный детектор элементарных частиц задача непростая, даже в нашем случае, когда есть хорошо проработанный план и пример успешно работающего Трекового Детектора Переходного Излучения. Я привожу пример, потому что в основе нашего прототипа лежат те же элементарные компоненты. В этом году у нашей группы, с моей точки зрения, хорошая финансовая поддержка. Это позволило сделать более качественный прототип.

Физический анализ данных прошлого года показал несколько противоречивые результаты. В этом году нужно однозначно исключить систематические ошибки эксперимента, связанные с "железом". Мы очень внимательно в этот раз выбираем материалы, из которых создаем прототип. Тестируем разные пластмассы и составы для склеивания частей. Важно, чтобы они обеспечивали необходимую электрическую и газовую изоляции.

Вся ли группа состоит только из мифистов?

- Что касается прототипа детектора переходного излучения, то здесь действительно участвуют специалисты в основном из МИФИ и несколько человек из МГУ и ФИАНа. Однако в этом году в тесном контакте с нами работали группы из Италии и Швейцарии. Иностранные коллеги тестировали свои прототипы рядом с нами. Работа нескольких разных детекторов на одном пучке - это очень полезная штука. Когда возникают сложности с интерпретацией данных от одного детектора, всегда можно посмотреть, что зафиксировал другой. В экспериментальной физике вообще действует такой принцип, что достоверными результатами можно считать те, которые были получены минимум в двух независимых экспериментах. Поэтому работа с несколькими различными детекторами, работающими на одном пучке, это важно, потому что они могут подтвердить результаты друг друга.

 

2 фото в текст.jpg

Диана Пятиизбянцева на дежурстве во время сбора статистки проводит коллимацию пучка частиц

Диана Пятиизбянцева, магистрант кафедры №40 МИФИ

- Расскажи, пожалуйста, про свое участие в тестбиме?

- Летом этого года мне вместе с ещё несколькими студентами НИЯУ МИФИ посчастливилось пройти производственную практику в CERN. Мы поехали специально, чтобы принять участие в тестировании прототипа детектора переходного излучения.

Перед началом работы для нас были проведены обучающие тренинги, во время которых нам подробно рассказали обо всех особенностях предстоящей работы. Мне запомнились круглосуточные дежурства или, как тут принято говорить шифты (англ. shift), во время сбора данных. Эти шифты длились по восемь часов, а иногда и больше. Во время смены я должна была менять радиаторы, настраивать параметры пучка частиц, следить за рабочими характеристиками каждого компонента, а также за качеством записываемых данных. Как видно, фронт работы являлся очень большим, поэтому работали мы не в одиночку, а по два-три человека. В каждой такой группе обязательно был опытный эксперт, который принимал участие в тестбиме прошлого года. Проведенные здесь три недели были наполнены различными задачами и регулярными совещаниями. Хотелось бы выразить особую благодарность НИЯУ МИФИ за предоставленную возможность посетить столь интересное место и вырасти в профессиональном плане.

Семён Доронин, магистрант кафедры №40 МИФИ

- Расскажи, пожалуйста, как прошла твоя поездка в CERN?

- В группу ATLAS МИФИ я пришел относительно недавно, и в первый же год мне выпала такая замечательная возможность принять участие в реальном эксперименте. С самых первых дней работы мне помогали старшие коллеги, которые относились ко мне с уважением, пониманием и терпением, несмотря на то, что иногда что-то у меня не получалось. У нас в группе всегда царила дружественная и тёплая атмосфера. Хочется поблагодарить всех их за те знания и навыки, которые я приобрел, работая с ними.

Еще до приезда в CERN я начал работать со своим научным руководителем над математическим моделированием, которое должно воспроизвести физические процессы в прототипе, поэтому для меня было особенно интересно увидеть, как все функционирует вживую. На тестбиме я работал непосредственно с компонентами детектора. Для меня, как для человека, который в будущем планирует заниматься электроникой, это был незаменимый опыт работы. После окончания тестирования сразу началась обработка полученных данных, в которой я тоже принял участие. Как видно, работа была самая разнообразная и полученные знания, навыки могут быть полезны для меня в будущем сразу в нескольких областях науки. За предоставленную возможность принять участие в международном эксперименте и получить новые знания и опыт я хочу поблагодарить руководство МИФИ, а также руководителя ATLAS группы в МИФИ Романюка Анатолия Самсоновича.

3 фото в текст.jpg

Слева направо: Семён Доронин и Роман Радомский проводят пайку микросхемы одного из модулей детектора переходного излучения

Роман Радомский, магистрант кафедры №40 МИФИ

- Вопрос: Как в твоем обучении в МИФИ тебе помогла поездка в CERN?

- В настоящий момент в МИФИ в рамках своей научной-исследовательской работы я занимаюсь обработкой и анализом данных, полученных во время прошлого тестбима. Мне всегда было интересно узнать подробнее, каким именно образом были получены эти данные, а также попробовать самому принять участие в эксперименте.

Когда мы только приехали в CERN, ребята с нашей кафедры помогли нам быстро оформить все документы, получить необходимое оборудование (например, дозиметры) и приступить к самой практике. С первого же дня мы были полностью погружены в работу. Кстати, об атмосфере здесь: она потрясающая. Ты всё время находишься в окружении опытных специалистов, всегда можешь найти кого-либо, чтобы попросить совета или обсудить что-то по научной работе. Все, к кому я обращался, очень внимательно относились к моим вопросам и старались максимально помочь. Это мне и понравилось больше всего.

Сама работа была разносторонней – мы не сидели над одним и тем же заданием всё время. Дел было много, а время ограничено, поэтому нередко приходилось задерживаться и оставаться после рабочего дня. Когда установка была готова к набору данных, нам провели небольшой вводный курс, чтобы мы уже могли самостоятельно работать на дежурствах во время набора статистики. С этого момента всю неделю каждый день в одно и то же время проходили совещания, и мы докладывали о результатах за день. С нами работали и коллеги из других стран, это была отличная возможность получить новые знания и практиковать английский язык. Хотел бы выразить благодарность руководству МИФИ за такую уникальную возможность поучаствовать в международном эксперименте и получить незаменимый опыт.

4 фото в текст.jpg

Рабочее совещание группы. Слева направо: Франческо Лопарко, Сергей Коновалов, Анатолий Романюк, Константин Филиппов, Петр Тетерин, Александр Савченко, Семен Доронин, Роман Радомский, Диана Пятиизбянцева, Константин Воробьев, Евгений Шульга, Даниил Пономаренко, Владимир Тихомиров