Развитие высокотехнологичной обработки трековых детекторов как базовой составляющей в решении новых задач экспериментальной ядерной физики

Цель предлагаемого проекта - развитие и широкое внедрение в экспериментальную ядерную физику современной методики трековых детекторов (релятивистских ядерных эмульсий, фосфатных стекол, рентгеновских пленок, полупрозрачных кристаллов и др.), обрабатываемых на высокотехнологичных оптических автоматизированных системах. Планируется разработка конструкций детекторов для новых ядерно-физических экспериментов, создание программного обеспечения для их автоматизированного сканирования и анализа характеристик треков зарегистрированных частиц. Участники проекта в сотрудничестве с крупнейшими российскими и мировыми научными центрами на протяжении многих лет осуществляют экспериментальные исследования в области физики высоких энергий. Среди этих исследований необходимо особо отметить такие крупные ускорительные эксперименты, как OPERA, SND@LHC и SHiP (ЦЕРН), эксперименты по регистрации синтезированных сверхтяжёлых ядер на Фабрике сверхтяжёлых элементов ОИЯИ (Дубна), а также прикладные работы по зондированию методом мюонографии крупных природных и промышленных объектов. В распоряжении участников проекта имеется уникальный высокотехнологичный автоматизированный измерительный комплекс ПАВИКОМ, позволяющий на основе постоянной технической модернизации и разработки нового программного обеспечения обрабатывать большие массивы экспериментальных данных в самом широком диапазоне исследований. Благодаря имеющемуся научному потенциалу, опыту и авторитету группы ПАВИКОМ, состоящей из участников проекта, ФИАН стал единственным российским институтом, получившем право на автоматизированное сканирование эмульсионных данных нейтринного детектора нового церновского эксперимента SND@LHC. В настоящее время на установке SND@LHC уже проведена экспозиция первых эмульсионных «кирпичей», составляющих базовые блоки детекторной системы, что требует скорейшей модернизации оборудования и программного обеспечения комплекса ПАВИКОМ в соответствии с требованиями эксперимента. Одновременно на ПАВИКОМ осуществляется мониторинг качества релятивистской ядерной эмульсии российского производства, которая с успехом используется в научных центрах Швейцарии, Италии и Японии для целого ряда новых физических задач. Предлагаемый проект нацелен на обеспечение возможности решения новых экспериментальных задач в следующих выполняемых и планируемых исследованиях: 1. Эксперимент SND@LHC (ЦЕРН). Детектор SND@LHC является прототипом нейтринного детектора будущего крупного разрабатываемого эксперимента SHiP и предназначен для изучения нейтрино всех ароматов и поиска слабо взаимодействующих частиц на Большом адронном коллайдере (БАК) в диапазоне псевдобыстрот 7,2 <η <8,6, недоступном для других экспериментов на БАК. Этот диапазон представляет особый интерес для будущих экспериментов на коллайдерах и для астрофизических экспериментов с нейтрино очень высоких энергий. Кроме того, детектор способен регистрировать частицы легкой темной материи, рассеивающиеся на атомах мишени в области параметров, дополнительных к уже существующим экспериментам. В начале 2021 года проект SND@LHC был принят к реализации, и сотрудники группы ПАВИКОМ принимают самое активное участие в создании детектора, его моделировании и разработке алгоритмов анализа данных, а уже в настоящее время должны выполнять обязательства России по сканированию облучённых ядерных эмульсий, основного элемента детекторной системы. 2. Разработка детекторов на основе фосфатного стекла для регистрации синтезированных сверхтяжёлых элементов. Исследование свойств стекла российского производства в условиях ускорительного эксперимента необходимо для установления возможности его применения для идентификации тяжёлых ионов на циклотроне DC-280 (Фабрике сверхтяжёлых элементов ОИЯИ). Вопрос о границах Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева имеет большое значение для различных фундаментальных и прикладных задач. Синтезированные на ускорителях сверхтяжёлые элементы, помимо научного значения, имеют перспективы практического использования в энергетике, космических исследованиях, медицине и др. Данный проект включает работы по тестированию свойств стекла для детекторов, режимов его облучения, травления и обработки, а также методики анализа изображений треков ядер и оценки возможности определения с их помощью заряда ионов. 3. Практическое развитие инновационной неинвазивной технологии мюонографии в России. В рамках проекта методом мюонографии будет проводиться исследование пещерного храма Свято-Успенского Псково-Печерского монастыря с использованием детекторов на основе релятивистских ядерных эмульсий российского производства, что требует разработки новых методических детекторных решений и создания оригинального авторского программного обеспечения для анализа данных нестандартного объекта. 4. Мониторинг качества релятивистской ядерной эмульсии российского производства. Эта работа, непрерывно осуществляемая на протяжении ряда лет группой ПАВИКОМ, позволила поднять качество российской ядерной эмульсии на мировой уровень. Благодаря успешному взаимодействию авторов проекта с российским промышленным партнером стала возможной постановка новых масштабных ядерно-физических задач, таких как эксперимент SND@LHC, мюонная радиография и др. Перечисленные исследования требуют тщательной аналитической и методической подготовки, а также обработки больших массивов данных, причём все необходимые трудовые и материальные затраты оправданы масштабом поставленных физических и методологических задач и перспективами трековой методики для широкого круга научных и прикладных исследований.