Національна академія наук України

Національний науковий центр "Харківський фізико-техничний інститут"

Інститут фізики високих енергій і ядерної фізики

Відділ експериментальних досліджень з фізики елементарних частинок і ядерної фізики високих енергій

Зав. відділом – к.ф.-м.н. Л.Г. Левчук

Тел.: +38(057)3356742

E-mail: ihenp@kipt.kharkov.ua

  Історія відділу бере початок з середини 1960-х років, коли в ФТІ АН УРСР споруджувався новий лінійний прискорювач електронів з енергією пучка на виході 2 ГеВ (ЛПЕ-2000). Основним завданням створеного колективу стала розробка, а потім і виконання масштабної програми експериментальних ядерно-фізичних досліджень на цій установці. З моменту заснування відділу, протягом багатьох років науковим керівником цього підрозділу інституту був Павло Володимирович Сорокін. За його ініціативою було виконано цілий ряд методичних розробок для дослідження фото- і електроядерних реакцій – отримано і досліджено пучок поляризованих фотонів, створені поляризовані мішені ядер водню і дейтерію з використанням надпровідних магнітів, системи реєстрації частинок. Це дало можливість інституту зайняти гідне місце в дослідженнях електромагнітних процесів на нуклонах і ядрах. Зокрема, широку відомість здобули одержані в відділі дані з фоторозщеплення легких ядер і фотонародження піонів на протонах в області дельта- резонансу, включаючи унікальні для того часу (1970-80 рр.) вимірювання подвійних поляризаційних спостережуваних.

  Сорокін Павло Володимирович (1930 – 2017) –доктор фіз.-мат. наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України, науковий керівник відділу (1965 – 2017).
  Одночасно у відділі виконувався широкий спектр досліджень взаємодії електронів з протонами і ядрами (включаючи реакції електророзщеплення і електроутворення піонів) з використанням магнітних спектрометрів, а також проводилися інтенсивні роботи по вивченню багаточастинкового фоторозщеплення ядер за допомогою камерних методик. При цьому значна частина вимірювань виконувалася також на прискорювачі ЛПЕ-300 з енергією електронного пучка 300 МеВ.
  Після завершення роботи ЛПЕ-2000 на початку 1990-х років важливе місце в науковій діяльності відділу стали займати дослідження, що виконуються в рамках довгострокового міжнародного співробітництва. Зокрема, у відділі був розроблений проект меллерівського поляриметра для вимірювання поляризації електронного пучка в Залі А Лабораторії ім. Т. Джефферсона (JLab, США). Це проект згодом був реалізований, і з середини 90-х років поляриметр успішно виконує свої функції.
На даний момент можна виділити наступні:

Основні напрямки наукової діяльності

1. Розробка мішеней поляризованих ядер; вивчення спінових явищ в ядерних реакціях.
2. Участь в експерименті CMS на Великому адронному колайдері (ВАК).
3. Експериментальне вивчення реакцій багаточастинкового фоторозщеплення легких ядер за допомогою камерних методик.

1. Розробка мішеней поляризованих ядер; вивчення спінових явищ в ядерних реакціях.

  Співробітники відділу беруть участь в ядерно-фізичних експериментах, які виконуються в різних лабораторіях світу (JLab (США), ОІЯД та ІФВЕ (Росія), Карлов університет (м. Прага, Чехія), Католицький університет (м. Льовен, Бельгія), метою яких є визначення спінових спостережуваних з використанням мішеней поляризованих ядер. У відділі, зокрема, створено мішені поляризованих ядер водню і дейтерію (з поляризацією 90% і 42%), кріостати мішеней і надпровідні магнітні системи.
  На фото поляризована воднево-дейтерієва мішень ННЦ ХФТІ з надпровідною магнітною системою. Також розроблюються нові мішені поляризованих ядер (зокрема, ³Не), які можуть бути застосовані в дослідженнях, які виконуються в ННЦ ХФТІ. В рамках створення мішені поляризованих ядер ³Не:
− розроблено багатоканальну автоматизовану систему вимірювання температури
− розроблено і виготовлено магнітну систему котушок Гельмгольця
− розроблено автоматизовану систему реверсу поляризації

Планується використання цієї мішені як спінового фільтра для створення в ННЦ ХФТІ пучка поляризованих нейтронів.

2. Участь в експерименті CMS на Великому адронному колайдері (ВАК).

  З початку 90-х років у відділі також розгорнулися роботи, пов'язані з підготовкою (а потім і здійсненням) експерименту CMS на Великому адронному колайдері (ВАК) в ЦЕРН. Колектив відділу взяв участь в розробці і виготовленні торцевих адронних калориметрів детектора CMS.

  На малюнку представлено пластини сцинтилятора SCSN-81 (Kuraray, Японія), що становлять активні елементи торцевих адронних калориметрів детектора CMS; співробітники відділу здійснювали контроль якості таких пластин (в цілому - 22 тис. шт.) під час їх масового виготовлення (ІСМА НАНУ).

  Після запуску ВАК в кінці 2009 р. відділ бере активну участь в обробці даних, акумульованих в цьому експерименті.З цією метою у відділі створений обчислювальний комплекс, який став єдиним в Україні (і одним з 50 подібних у світі) центром 2-го ярусу інформаційно-обчислювальної грід-інфраструктури обробки даних CMS. На комплекс (іменований в CMS як T2_UA_KIPT) практично безперервно надходить експериментальна інформація з ВАК. З моменту початку роботи колайдера на нього передано для обробки (станом на середину 2019 р.) більше 10 Петабайт інформації, що здобуто в експерименті CMS. У відділі також виконуються роботи з фізичного аналізу даних (зокрема, з метою пошуку SUSY-частинок), а також з пошуку напрямків модернізації адронної калориметрії детектора CMS.

  Спеціалізований обчислювальний комплекс ННЦ ХФТІ для обробки даних з Великого адронного колайдера (центр 2-го ярусу грід-інфраструктури експерименту CMS T2_UA_KIPT, фото 2015 р.) і хронологія надходження на комплекс даних для обробки від зазначених на діаграмі центрів CMS станом на середину 2019 р. (дані порталу cmsweb.cern.ch/phedex).
  У 2012 році в експериментах CMS і ATLAS був відкритий бозон Хіггса, і співробітники відділу є співавторами цього видає відкриття, а також (станом на середину 2019 р.) більше 900 публікацій колаборації CMS з результатами вимірювань на ВАК.

3. Експериментальне вивчення реакцій багаточастинкового фоторозщеплення легких ядер за допомогою камерних методик.

  На основі аналізу даних, що здобуто за допомогою стримерної та дифузійної камер в магнітному полі на пучках гальмівних фотонів з енергією до 150 МеВ, за останні роки одержано важливі результати з вивчення реакцій багаточастинкового фоторозщеплення легких ядер. Зокрема, виміряно імпульсні розподіли продуктів реакції γ+ ⁴He→p+n+d, а також енергетичні і кутові кореляції для чотирьох інтервалів енергії фотонів. Виконано аналіз результатів по кутових і енергетичних кореляціях нуклонів і імпульсному розподілу дейтронів. Результати інтерпретувалися в рамках полюсного та трикутного механізмів для квазідейтронної моделі фотопоглинання; виявлено відносний внесок цих механізмів. Виконано аналіз реакцій ¹²C(γ,3α), ¹⁶O(γ,4α) і ¹⁶O(γ,n) ³He3α. Виділено парціальні канали ¹⁶O(γ,αα) ⁸Ве і ¹⁶O(γ,n) ³He α ⁸Ве, і знайдено, що для них йде утворення ядра ¹²С в навколо-порогових α-частинкових станах. Виконано комплекс методичних розробок для забезпечення подальших робіт з експериментального вивчення реакцій багаточастинкового фоторозщеплення методом дифузійної камери в магнітному полі: створено цифровий банк кадрів плівок з дифузійної камери, і вивчено можливість реалізації методу автоматичного знімання координат треків на фотографіях подій.   Результати вимірювань: повний переріз реакції ¹²С(γ,3α) (а), а також внески парціальних каналів з утворенням в проміжному стані ядра ⁸Ве (реакція ¹²С(γ,α) ⁸Ве) в основному стані (б) та зі збудженням 1-го, 2-го і нерозділених 3-го і 4-го рівнів (в); праворуч показаний знімок цієї реакції з дифузійної камери

Основні публікації

1. D.Flay et al. (Jefferson Lab Hall A Collaboration), “Measurements of dn2 and An1: Probing the neutron spin structure” // Physical Review. - 2016. – V D94: 052003.- N. 5. - P. 1-51.

2. D.S.Parnoa et al. (Jefferson Lab Hall A Collaboration), “Precision measurements of An1 in the deep inelastic regime” // Physics Letters. – 2015.- V. B744. - P. 309–314.

3. W.R.Armstrong, S.Choi, E.Kaczanowicz, A.Lukhanin, Z.-E.Meziani, B.Sawatzky, “A threshold gas Cherenkov detector for the Spin Asymmetries of the Nucleon Experiment” // Nuclear Instruments. and Methods A - 2015. - V 804.- P. 118–126.

4. V.V.Abramov et al., “Analyzing Power in the Reaction p + p→π⁰+ X in the polarized- target fragmentation region at an energy of 50 GeV” // Physics of Atomic Nuclei. - 2014. -V 77. –N. 5. - P. 595–601.

5. Е.С.Горбенко, Р.Т.Муртазин, А.Ф.Ходячих, “Исследование реакции ⁴He(γ,pn)d при энергиях до порога рождения мезонов” // Ядерная физика. – 2016.- Т. 80. – N. 1.- C. 26-32.

А також понад 900 публікацій в складі колаборації CMS, в тому числі:

6. S.Chatrchyan et al (CMS Collaboration), “Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC” // Physics Letters. – 2012.- V. B716. No 1.- P. 30–61.

7. G.Aad et al. (CMS and ATLAS Collaborations), “Combined Measurement of the Higgs Boson Mass in pp Collisions at s =7 and 8 TeV with the ATLAS and CMS Experiments” // Physical Review Letters. – 2015. – V. 114: 191803. – N. 19. – P. 1-33.

8. G.Aad et al. (CMS and ATLAS Collaborations), “Measurements of the Higgs boson production and decay rates and constraints on its couplings from a combined ATLAS and CMS analysis of the LHC pp collision data at √s = 7 and 8 TeV” // Journal of High-Energy Physics. – 2016. – V. 2016: 045. – N. 08. – P. 0-112.

9. V.Khachatryan et al (CMS Collaboration), “Precise determination of the mass of the Higgs boson and tests of compatibility of its couplings with the standard model predictions using proton collisions at 7 and 8 TeV” // European Physical Journal C. – 2015. – V. C75: 212. – N. 5. – P. 1-50.

10. S.Chatrchyan et al (CMS Collaboration), “Measurement of the properties of a Higgs boson in the four-lepton final state” // Physical Review. – 2014. – V. D89: 092007. – N. 9. – P. 1-45.

Міжнародне співробітництво

1. Європейська організація ядерних досліджень [ЦЕРН]. Напрям співробітництва – участь в експерименті CMS на Великому адронному колайдері: підтримка і розвиток центру 2-го ярусу обчислювальної грід-інфраструктури обробки даних (T2_UA_KIPT); фізичний аналіз даних експерименту з метою пошуку сигналів «нової фізики»; роботи в рамках модернізації адронної калориметрії детектора CMS

2. Thomas Jefferson National Accelerator Facility [TJNAF, Jefferson Lab, JLab] (США), Об’єднаний інститут ядерних досліджень [ОІЯД], Інститут фізики високих енергій [ІФВЕ] (Росія), Карлов університет (м. Прага, Чехія), Католицький університет (м. Левен, Бельгія). Напрям співпраці – участь в експериментах по визначенню поляризаційних спостережуваних з використанням мішеней поляризованих ядер

3. Image Access Inc., Digital Library Systems Group, Roca Raton, FL, USA. Напрям співпраці – тестування програмного забезпечення в рамках угоди «Research collaboration agreement between National Science Center “Kharkiv Institute of Physics and Technology”, Kharkiv, Ukraine and Image Access Inc., Digital Library Systems Group, Roca Raton, FL, USA»