9 августа 2021

Проведены испытания детекторов переходного излучения нового типа

Научная группа кафедры физики элементарных частиц №40 ИЯФиТ НИЯУ МИФИ под руководством профессора Анатолия Романюка приступила к тестовым испытаниям прототипа пиксельного детектора переходного излучения (ПИ) на пучках частиц с ускорителя SPS в CERN (Европейская организация ядерных исследований).

Прототип детектора выполнен на основе кристалла арсенида галлия (GaAs), сопряжённого с интегральной схемой считывания сигнала TimePix3, размер пикселя в которой составляет 55х55 мкм2. Такой детектор сочетает в себе возможности прецизионных измерений координат частиц с высокой эффективностью регистрации гамма-квантов в рентгеновском диапазоне.  В ходе тестовых испытаний работы детектора с помощью пучков частиц различного сорта (электроны, пионы и мюоны) были набраны экспериментальные данные.

Целью испытаний прототипа детектора на пучке частиц было непосредственное изучение свойств переходного излучения и связанных с ним эффектов. В частности, изучалась возможность использования интерференционных эффектов переходного излучения в радиаторах, состоящих из органических плёнок, для увеличения угла разлёта ПИ и частицы. Использование такого эффекта позволит обеспечить подавление неверной идентификации пиона как электрона в 100-1000 раз при сохранении эффективности регистрации электронов на уровне более 95%.   

Детекторы переходного излучения позволяют проводить разделение частиц разного типа в диапазоне энергий, недоступном для других неинвазивных (т.е. практически не изменяющих состояние пролетающей частицы) методов идентификации. Увеличение эффективности работы таких детекторов, в комбинации с преимуществами прецизионного трекового детектора, расширяет возможности методики и открывает ещё больше перспектив для создания физических установок нового типа для будущих экспериментов.

Подготовка тестового стенда, детектора на основе GaAs, радиаторов ПИ и других важных узлов эксперимента велась в течение июня и июля. В конце июля начался набор данных. Сотрудники кафедры организовали сменные дежурства для круглосуточной работы на пучке. В исследовательской работе принимали участие также студенты и аспиранты кафедры.

Кафедра физики элементарных частиц НИЯУ МИФИ активно участвует в международных физических экспериментах, в том числе связанных с применением переходного излучения. В области методики регистрации частиц, связанной с детекторами переходного излучения, кафедра занимает лидирующие позиции в мире. На базе разработок кафедры, ведущихся с 1970-х годов, создан трековый детектор переходного излучения (TRT(внешняя ссылка)) для эксперимента ATLAS на Большом адронном коллайдере. В настоящее время сотрудники кафедры активно участвуют в проведении этого эксперимента, а также в обработке и анализе физических данных. Сотрудники кафедры также участвуют в нескольких проектах модернизации эксперимента ATLAS (NSW, Pixel ITk, HGTD) в рамках подготовки его к работе при высокой светимости после окончания третьего сеанса набора данных (конец 2025 года).