В обзорной статье в журнале Physics of Particles and Nuclei главный научный сотрудник лаборатории физики ускорителей МФТИ Анатолий Зеленский представил последние достижения в разработке источников поляризованных протонов, дейтронов и ионов 3He++ высокой интенсивности для ускорителей и планы реализации этих технологий для коллайдера NICA. Автор внес основополагающий вклад в создание новых методов поляризации.
В этом году лаборатория физики ускорителей МФТИ вместе с ведущими учеными ОИЯИ, ИЯИ РАН и ИТФ имени Ландау РАН получила грант РНФ на создание лаборатории мирового уровня для экспериментов по программе поляризационных исследований на новом коллайдере NICA ОИЯИ. Как было показано на опыте экспериментальной программы коллайдера RHIC в Брукхэвенской национальной лаборатории, поляризационные исследования и эксперименты по исследованию свойств кварк-глюонной плазмы в столкновениях тяжелых ионов могут быть успешно реализованы в одном коллайдере. В NICA планируется расширить эти исследования на другую область энергий. Для поляризационных исследований особенно важна уникальная возможность экспериментов с пучками поляризованных дейтронов, которые было невозможно получить в RHIC.
Основные задачи поляризационных экспериментов в коллайдере NICA — исследования глюонной компоненты спина протонов и дейтронов и программа исследований фундаментальных симметрий. Такие эксперименты требуют получения максимальной светимости (частоты столкновений) в коллайдере. Это может быть реализовано путем получения пучков поляризованных ионов в источниках и обеспечения сохранения поляризации во время их ускорения и накопления в коллайдере. Предложенные прецизионные эксперименты по поиску электрического дипольного момента (ЭДМ) протонов и дейтронов предъявляют особые требования к качеству пучков поляризованных частиц из источника.
Источник поляризованных протонов и дейтронов для коллайдера NICA
Но статья посвящена не только настоящему, но и затрагивает историю развития направления. Анатолий Зеленский рассказал, как в 1980–85 годах в ИЯИ РАН он разработал источник поляризованных ионов нового типа с оптической накачкой. В основе метода лежит предположение выдающегося российского ученого академика Е. К. Завойского по поляризации протонного пучка при захвате поляризованных электронов в мишени. В то время интенсивность источников была совершенно недостаточной для обеспечения необходимых параметров работы ускорителей высоких энергий. В новом источнике применение перестраиваемых лазеров для оптической накачки паров щелочных металлов (натрия, рубидия) позволило получить высокую плотность (и поляризацию) электронов в перезарядной мишени, что привело к значительному увеличению эффективности процесса поляризации.
«В результате была получена интенсивность пучков поляризованных ионов H–, которая более чем на два порядка превышала интенсивность существовавших в то время источников. Это имело особую важность, так как позволяло реализовать предложенный академиком Будкером метод перезарядной инжекции в кольцевые ускорители для повышения яркости поляризованных пучков. На основании полученных результатов, мы заявили, что для поляризационных исследований в будущих коллайдерах могут быть достигнуты равные светимости для столкновений поляризованных и неполяризованных пучков, ограниченные только параметрами самого коллайдера.
В итоге наша работа получила признание не только в России, но и за рубежом, и меня пригласили разработать источник поляризованных протонов для первого коллайдера высоких энергий RHIC в Брукхэвенской национальной лаборатории. Нужно отметить, что в этом коллайдере было также использовано другое изобретение советских ученых Дербенёва и Кондратенко — метод “сибирских змеек”, который позволил решить проблему сохранения поляризации при ускорении. Опыт работы коллайдера RHIC полностью подтвердил наше предвидение: интенсивность пучка из источника позволила зарядить накопительное кольцо до предела его емкости. Источник в течение 25 лет поставлял пучки поляризованных протонов для RHIC. Это позволило впервые измерить вклад глюонов в полный спин протона. Источник продолжит свою работу в будущем электрон-ионном коллайдере EIC»,— рассказал Анатолий Зеленский.
Как отметил автор, эта история имеет интересный поворот: «В то же самое время в ИЯИ РАН мой коллега Александр Степанович Белов разработал другую схему увеличения интенсивности классических источников с атомарным пучком, на основе ионизации поляризованных атомов в столкновениях с плазменной струей. Этот метод после успешных испытаний в лаборатории был реализован в коллаборации с американскими коллегами на ускорительном комплексе в IUCF (США). Наши работы получили широкое международное признание и были отмечены премией имени В. И. Векслера в области ускорительной физики Российской академии наук».
После окончания программы экспериментов в IUCF американские коллеги передали источник в Объединенный институт ядерных исследований в Дубне, где источник поставляет пучки поляризованных протонов и дейтронов для программы поляризационных исследований на коллайдере NICA.
«Более того, мы предложили идею, которая будет вскоре опубликована в “Письмах в ЖЭТФ”, как этот источник существенно улучшить для достижения высокой светимости для нашего проекта по расширению программы поляризационных исследований на коллайдере NICA»,— подчеркнул Анатолий Зеленский.
В плане выполнения задач по гранту РНФ предстоит сделать ряд исследований. В связи с этим в своей статье автор особо отметил направления исследований, которые необходимо выполнить для получения проектной светимости и поляризации в коллайдере NICA.
