Группа ученых Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН, Новосибирск) и Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна) провели оптимизацию динамической апертуры, то есть области устойчивого движения частиц в магнитной структуре коллайдера NICA. Согласно расчетам, эту область можно увеличить в полтора-два раза. Результаты опубликованы в журнале «Письма в ЭЧАЯ» и представлены на заседании Международного консультативного ускорительного комитета коллайдера NICA (NICA Machine Advisory Committee, MAC) 6 июня 2019 года в ОИЯИ. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. 

NICA — ускорительный комплекс класса mega-science, который создается на базе ОИЯИ. Основная цель экспериментов на новом коллайдере — изучение свойств плотной барионной материи, кварк-глюонной плазмы (состояния вещества, в котором пребывала наша Вселенная первые мгновения после Большого взрыва). Кроме того, на базе комплекса планируется проведение исследований в области материаловедения, нано- и пикотехнологий, медицины, биологии, электроники и пр.

complex 

Комплекс NICA. Иллюстрация - http://nica.jinr.ru

«Коллайдер NICA – уникален, – комментирует начальник отдела сверхпроводящих магнитов и технологий Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ, доктор физико-математических наук Сергей Костромин. – Технология магнитов, компактный периметр, требования к сталкиваемым пучкам – все это делает машину сложной с точки зрения физики и техники ускорителей. Действие нелинейностей, таких как краевые поля квадрупольных магнитов оказывает значительное влияние на динамику циркулирующих пучков. Группа разработчиков коллайдера также ведет подобные расчеты в ОИЯИ. Мы тесно сотрудничаем с ИЯФ по этому направлению. На основании результатов, полученных обеими группами, будет принято решение о конфигурации и настройке системы коррекции влияния краевых полей в коллайдере».

Динамическая апертура коллайдера – одна из самых важных характеристик любого кольцевого ускорителя или накопителя заряженных частиц. Это область устойчивого движения частиц в шестимерном фазовом пространстве. «Если частицы находятся вне динамической апертуры, они будут потеряны в процессе ускорения или накопления. Динамическая апертура установки должна быть больше ее реальной геометрической апертуры, тогда ускоритель спроектирован правильно. От динамической апертуры зависит время жизни пучка, эффективность инжекции частиц, а значит, в итоге количество столкновений частиц в единицу времени – светимость, другая важнейшая характеристика коллайдера» – комментирует один из авторов работы, младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Ксения Карюкина.

На динамическую апертуру частиц в коллайдере NICA оказывают влияние секступольные магниты, корректирующие так называемый натуральный хроматизм, и нелинейные краевые поля квадрупольных линз. Оказалось, что именно последние являются «помехами», которые ограничивают динамическую апертуру коллайдера NICA, причем самое большое влияние оказывают линзы финальной фокусировки пучков перед точкой встречи.

Авторы статьи предлагают добавить в ускорительную структуру комплекса NICA 8 октупольных магнитов, по два с каждой стороны от места встречи пучков, вблизи линз финального фокуса. По их расчетам, это поможет в полтора-два раза увеличить область устойчивого движения частиц. Октупольные линзы имеют компоненты поля, схожие с краевыми полями квадрупольных линз. Если подобрать октупольные линзы определенным образом, то можно нивелировать пагубное влияние краев квадрупольных линз на область устойчивого движения пучка.

«Расчеты и эксперимент, – поясняет Ксения Карюкина, – обычно совпадают с точностью 10-20%, то есть в реальном эксперименте все же могут быть отклонения от моделирования. Кроме того, при расчетах не учитывались возможные ошибки выставки элементов, но даже с их учетом видно, что характеристики динамической апертуры будут удовлетворительными». Для оптимизации авторы использовали «генетический оптимизатор» NGPM, реализованный на Matlab, а также программу Accelerator Toolbox.

В создании комплекса NICA участвуют ученые из 70 институтов 32 стран мира, и один из основных коллаборантов проекта – ИЯФ СО РАН.

Широкий спектр работ, выполненных новосибирским ИЯФ для проекта NICA, станет заделом для реализации собственного ускорительного комплекса класса мегасайенс – электрон-позитронного коллайдера Супер С-тау фабрика. Проект вошел в План реализации Стратегии научно-технологического развития РФ, а также в Программу развития Новосибирского научного центра «Академгородок 2.0».

«Несмотря на кажущееся различие проектов NICA и Супер С-тау фабрика, – поясняет заместитель директора по научной работе ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Евгений Левичев, – у них много общего. В области детекторов – это, например, разработка и создание сверхпроводящего магнита, системы сбора данных, программы и электроники обработки данных. В области физики ускорителей заряженных частиц – это результаты исследования динамики и эффектов пространственного заряда, формирование электронных облаков, моделирование внутрисгусткового рассеяния. Сходными по технологии являются высоковакуумные системы, устройства диагностики пучка, системы управления и контроля установкой. Эти и другие общие задачи позволяют говорить о возможности тесного сотрудничества ИЯФ и Объединенного института в рамках реализации Супер С-тау фабрики».

На заседании MAC 5-6 июня были представлены также и другие работы специалистов ИЯФ СО РАН. В частности, был рассмотрен статус работ по созданию высокочастотных систем для коллайдера NICA — это ключевые системы, используемые для накопления и ускорения нужного количества частиц и формировании пучков с параметрами, необходимыми для проведения эксперимента. Также были представлены результаты по созданию систем электронного охлаждения частиц (кулеров). Кроме того, специалисты ИЯФ СО РАН и ОИЯИ представили предварительные результаты расчетов динамики и светимости поляризованных встречных пучков протонов и дейтронов с учётом эффектов пространственного (собственного) заряда пучков в коллайдере NICA.

Источники

Найден способ в полтора раза увеличить область жизни частиц в коллайдере NICA
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН (inp.nsk.su), 11/06/2019
Российские физики улучшили работу коллайдера NICA еще до его запуска
Margust (gazeta-margust.ru), 11/06/2019
Российские физики улучшили работу коллайдера NICA еще до его запуска
Kyivweekly.com, 11/06/2019
Российские физики улучшили работу коллайдера NICA еще до его запуска
РИА Новости, 11/06/2019
Российские физики улучшили работу коллайдера NICA еще до его запуска
Новости@Rambler.ru, 11/06/2019
Найден способ в полтора раза увеличить область жизни частиц в коллайдере NICA
Наука в Сибири (sbras.info), 11/06/2019
Российские физики улучшили работу коллайдера NICA еще до его запуска - новости на сегодня 11.06.2019
News2world.net, 11/06/2019
Российские ученые нашли способ в два раза увеличить область жизни частиц в коллайдере NICA
ТАСС, 11/06/2019
Российские физики улучшили работу коллайдера NICA еще до его запуска
Novosibirsk.4geo.ru, 11/06/2019
Российские физики улучшили работу коллайдера NICA еще до его запуска
Profi-news.ru, 11/06/2019
Найден способ в полтора раза увеличить область движения частиц в коллайдере NICA
Индикатор (indicator.ru), 11/06/2019
Российские физики улучшили работу NICA еще до его запуска
Русский переплет (pereplet.ru), 11/06/2019
Найден способ в полтора раза увеличить область устойчивого ускорения частиц в коллайдере NICA
Объединенный институт ядерных исследований (jinr.ru), 11/06/2019
Следи за движением. Найден способ увеличить область жизни частиц в коллайдере NICA
Поиск (poisknews.ru), 11/06/2019
Российские ученые в два раза увеличат область жизни частиц в "меганаучном" коллайдере NICA
Hightech.fm, 11/06/2019
Российские ученые нашли способ в два раза увеличить область жизни частиц в коллайдере NICA
Российский научный фонд (rscf.ru), 11/06/2019
Российские физики придумали, как улучшить работу коллайдера NICA
ПолитРоссия (politros.com), 11/06/2019
Российские физики придумали, как улучшить работу коллайдера NICA
123ru.net, 11/06/2019
Российские физики улучшили работу коллайдера NICA еще до его запуска
Novostival.ru, 11/06/2019
В полтора раза
Дубна Информ (dubna-inform.ru), 11/06/2019
Найден способ в полтора раза увеличить область жизни частиц в коллайдере NICA
Объединенный институт ядерных исследований (jinr.ru), 11/06/2019
Российские физики улучшили работу коллайдера NICA еще до его запуска
3news.ru, 11/06/2019
Российские ученые нашли способ в два раза увеличить область жизни частиц в коллайдере NICA
TmBW.Ru, 11/06/2019
Российские физики улучшили работу коллайдера NICA еще до его запуска
Mukola.net, 11/06/2019
Российские физики улучшили работу коллайдера NICA еще до его запуска: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (news.yandex.ru), 12/06/2019
Ученые нашли способ увеличить область ускорения частиц в коллайдере NICA
Московские новости (mkno.ru), 12/06/2019
Ученые нашли способ увеличить область ускорения частиц в коллайдере NICA
ИА Regnum, 12/06/2019
Найден способ в полтора раза увеличить область жизни частиц в коллайдере NICA
Площадь Мира (pressdubna.ru), 19/06/2019
ИЯФ СО РАН и ОИЯИ: два мегапроекта
Дубна: наука, содружество, прогресс (jinr.ru), 20/06/2019
Исследователи ИЯФ СО РАН и ОИЯИ нашли способ в 1,5-2 раза увеличить область жизни частиц в коллайдере NICA
1k.com.ua, 05/07/2019

Похожие новости

  • 10/03/2017

    В ИЯФ СО РАН проходит собрание международной коллаборации AWAKE

    ​В Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН проходит собрание международной коллаборации AWAKE, на котором обсуждается новый принцип ускорения заряженных частиц, использующий плазму и протонный пучок.
    1316
  • 28/12/2018

    Проект Супер С-тау фабрики получит международную поддержку

    Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН представили обновленный вариант проекта электрон-позитронного коллайдера Супер С-Тау фабрики, рассмотренный на международном совещании. Супер С-Тау фабрика — это электрон-позитронный коллайдер, который планируется построить на территории ИЯФ СО РАН.
    1082
  • 05/09/2018

    Европейцы покушаются на основы физического мира

    ​К концу 2030-х годов на смену Большому адронному коллайдеру (БАК) придет Будущий циклический коллайдер. Для него посреди Европы построят кольцевой тоннель длиной сто километров. Без такой установки невозможно досконально исследовать бозон Хиггса и найти новую физику, уверяют ученые.
    552
  • 27/11/2016

    В Новосибирске создадут систему электронного охлаждения для коллайдера NICA

    ​​Ученые Института ядерной физики имени Г.И Будкера (ИЯФ СО РАН) изготовят систему электронного охлаждения и каналы транспортировки пучков для коллайдера NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility), сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН.
    1439
  • 05/03/2018

    Супер чарм-тау фабрика поможет выйти на новую физику

    ​Реализация проекта Супер чарм-тау фабрики в Новосибирске подтолкнет развитие технологий, необходимых для создания коллайдера, поспособствует решению мюонной проблемы и, возможно, решит загадку антиматерии и поможет выйти на новую физику.
    1064
  • 04/01/2017

    Российские физики объединятся для создания в Сибири суперколлайдера

    Физики российских НИИ, которые сейчас участвуют в создании коллайдера NICA в подмосковной Дубне, планируют объединиться для реализации перспективного проекта в Институте ядерной физики (ИЯФ, Новосибирск), сообщил РИА Новости замдиректора сибирского института Евгений Левичев.
    1094
  • 28/12/2015

    Проект новосибирских ученых ляжет в основу "коллайдера будущего"

    ​Программа FCC - амбициозный проект создания "коллайдера будущего" с периметром в 100 километров - стартовала в Европейском научном центре ядерных исследований в 2014 году.Проект, разработанный учеными Института ядерной физики Сибирского отделения РАН, принят за основу для разработки самого большого в мире циклического "коллайдера будущего" (FCC), который планируется реализовать в Европейском научном центре ядерных исследований ( ЦЕРН ) в Швейцарии, сообщил журналистам замдиректора по научной работе института Евгений Левичев.
    1615
  • 22/01/2019

    Зачем в Европе хотят построить новый коллайдер?

    ​Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) работает над концепцией нового коллайдера, который будет больше и мощнее ставшего знаменитым БАК. Разбираемся, для чего он нужен. В поисках Новой физикиКогда на Большом адронном коллайдере (БАК) был открыт бозон Хиггса, физики сразу заговорили, что теперь им необходима установка для более тщательного его изучения.
    980
  • 05/09/2018

    Новосибирские физики в борьбе за «полезный» атом

    ​Мы уже обращали внимание на одно парадоксальное обстоятельство. Россия - одна из немногих стран, занимающих ведущие позиции в области ядерной физики. Здесь работают признанные во всем мире специалисты-ядерщики.
    456
  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    1724