Identifikační číslo projektu…………

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy
Odbor mezinárodní spolupráce ve výzkumu a vývoji
Formulář F3_2009
Identifikační kód projektu programu INGO:
LA 316
Průběžná zpráva o realizaci projektu
Příjemce účelové podpory: Ústav jaderné fyziky AV ČR, v.v.i.
Řešitel projektu:
RNDr. Pavel Tlustý, CSc.
Název projektu:
Účast na experimentu CBM
Cílem projektu je účast českých fyziků a studentů z ÚJF Řež a FJFI na plánování a přípravě
experimentu CBM na novém urychlovacím komplexu FAIR v GSI Darmstadt. Skupiny fyziků
z obou institucí jsou členy mezinárodní spolupráce CBM, většina účastníků projektu z ÚJF jsou
zakládajícími členy spolupráce HADES.
.
1. Přehled splněných dílčích cílů projektu
Podle plánu naše práce v roce 2009 navazovala na předchozí činnosti v letech 2006-2007. V roce
2009 došlo k důležitému rozhodnutí týkajícího se plánu výstavby komplexu FAIR: v první fázi do
roku 2015 bude spuštěn urychlovač SIS100 s maximální energií svazku okolo 10 AGeV, a
urychlovač SIS300 s energií do 35 AGeV, pro který je optimalizován detektor CBM, bude
vybudován až poté v následujících letech. Tím výrazně vzrostla důležitost stávajícího detektoru
HADES, který lze bezprostředně použít v první fázi projektu.
Soustředili jsme se na tyto úkoly:
1. Příprava experimentů na detektoru HADES ve škále energií 2-10 AGeV plánovaných
v první fázi projektu CBM-FAIR.
2. Účast na vývoji křemíkového dráhového detektoru STS („silicon tracker system“) pro CBM.
1.1 Příprava experimentů na detektoru HADES
1.1.1
Simulace plánovaných experimentů
V roce 2009 jsme pokračovali v simulacích odezvy detektoru HADES na částice z interakcí do
energie svazku 8 AGeV. Přitom jsme se soustředili na detailní studium odezvy detektorů na měření
doby letu částic – existujícího scintilátorového pole TOF a v současné době instalovaného detektoru
RPC. Tato odezva – jmenovitě multiplicita nabitých částic – se používá k rychlému výběru (do 100
nanosekund po reakci) více zajímavých centrálních reakcí (typicky 30% vybraných centrálních
reakcí) – tzv. trigru první úrovně (LVL1). Simulace je důležitá pro přípravu samotného experimentu
a podání návrhu experimentu vedení projektu FAIR.
Jako zdroj hadronů byl použit event generátor na bázi transportního modelu UrQMD. Poté byla
provedena realistická simulace odezvy detektoru HADES (připravený pomocí programu GEANT3).
Příklad výsledku – výběr centrálních reakcí pomocí „měřené“ multiplicity nabitých částic pro
reakci Ni+Ni při energii 8 AGeV - je ukázán na obrázku 1. Vlevo nahoře je vidět výběr oblasti
impakt parametru, vlevo dole multiplicita nabitých částic pro všechny a pro vybrané reakce.
Obrázek vpravo dole je ukazuje závislost impakt parametru reakce na multiplicitě. Je patrné, že
tento jednoduchý rychlý trigr umožňuje kvalitní výběr centrálních reakcí. Podobný trigr se používá
na HADESu již v současné době se signály z detektoru TOFINO s mnohem menší granularitou.
1
Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy
Odbor mezinárodní spolupráce ve výzkumu a vývoji
Formulář F3_2009
Použití nového detektoru RPC výrazně zlepší kvalitu trigru (a samozřejmě především přesnost
měření doby letu a díky velké granularitě umožní měření těžkých systémů s vysokou multiplicitou).
Obr. 1 Výsledky simulace výběru centrálních reakcí pomocí trigru první úrovně (LVL1) pro reakci
Ni+Ni při energii 8 AGeV.
V roce 2009 spolupráce HADES publikovala v Eur. Phys. J. souborný článek o detektoru, analýze
dat a simulacích experimentů. Jeho součástí je i vývoj metod nutných pro analýzu experimentů na
zařízení FAIR s vysokou multiplicitou částic, zejména rozlišení blízkých drah částic a jejich
identifikace. Na této práci se podílela i skupina z Řeže se simulacemi experimentu v rámci tohoto
projektu v letech 2007-2008.
1.1.2. Příprava prototypu elektromagnetického kalorimetru
Jak ukázaly předchozí dileptonové experimenty (např. CERES), hodnota a důvěryhodnost
získaných výsledků se výrazně zvýší, pokud se ve stejném experimentu podaří měřit také přímý
rozpad mezonů pi a eta pomocí registrace fotonových párů z jejich rozpadu. Tento fakt platí
zejména pro experimenty, kde není produkce těchto částic dobře známa, což je také případ reakcí
s energií okolo 10A GeV. Proto HADES plánuje vyvinout a vyrobit elektromagnetický kalorimetr
pro detekci fotonů. Se simulacemi a testováním prototypů detektoru jsme začali v tomto roce
(2009).
2
Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy
Odbor mezinárodní spolupráce ve výzkumu a vývoji
Formulář F3_2009
V rámci tohoto řešeného projektu se podílíme na přípravě a testu prototypu sestávajícího z několika
detektorových modulů, a plánujeme se podílet na simulaci měření neutrálních mezonů pro
experimenty na zařízení FAIR.
V roce 2009 jsme společně s kolegy z MFF UK připravili deset prototypů Čerenkovského detektoru
na bázi olověného skla s různými konfiguracemi – moduly s různými obaly odrážejícími světlo,
s různými fotonásobiči a některé doplněné o světlovod z plexiskla nebo olověného
skla.(vyrobeného v ČR firmou CPM Jičín). Tento detektor byl v roce 2009 podrobně testován
kosmickým zářením a na svazku fotonů na urychlovači MAMI na univerzitě v Mainzu.
Příklad výsledku – závislost energetického rozlišení pěti detektorů s různou konfigurací na energii
fotonů jako hlavní charakteristika elektromagnetického kalorimetru - je ukázán na obrázku 2.
Obr. 2: Výsledky testu prototypů elektromagnetického kalorimetru pro HADES na svazku záření
gama. Čísla v popisu ukazují energetické rozlišení různých modulů pro fotony s energií 1 GeV.
Výsledky testu ve shodě s výsledky měření kosmického záření ukázaly vhodnost detektoru pro
elektromagnetický kalorimetr. Dosažené rozlišení okolo 5% pro fotony s energií 1 GeV je ve shodě
s výsledky skupiny OPAL v CERN používající stejné moduly. Různá konfigurace detektorů nemá
velký vliv na rozlišení, rozhodli jsme se tedy upustit od nákladných světlovodů.
Pokračování projektu v roce 2010 bude spočívat ve výrobě a testech dalších modulů.
3
Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy
Odbor mezinárodní spolupráce ve výzkumu a vývoji
Formulář F3_2009
1.2 Účast na vývoji křemíkového dráhového detektoru STS
V roce 2009 pokračovala účast pracovníků a studentů FJFI na přípravě experimentu CBM v
následujících směrech.



Práce na přípravě detektoru: Nadále jsme se účastnili diskuse o přípravě konstrukce
křemíkového dráhového detektoru, zejména s ohledem na napájecí a řídící systém. V této
oblasti plánujeme přispět ke konstrukci detektoru a využít naší zkušenosti z experimentu
ALICE. Řešení napájecího systému, ke kterému se kolaborace v průběhu roku přiklonila
předpokládá menší množství výkonnějších napájecích zdrojů. Vzhledem k tomu patrně
nebude možno použít architekturu systému vyvinutou pro experiment ALICE a proto je
rovněž pravděpodobné, že se při konstrukci detektoru budeme účastnit zejména konstrukce
řídících systémů.
Příprava fyzikálního programu: V průběhu roku jsme začali přípravu fyzikálního programu,
který bychom chtěli na experimentu studovat. Kromě primárního zájmu o produkci
půvabných mesonů (D), se budeme věnovat i studiu kolektivních toků a fluktuací v produkci
částic při jaderné srážce a rovněž jaderným efektům při p-p a p-A srážkách. V oblasti studia
toků a fluktuací plánujeme využití metody s proměnným rozlišením (Petráček, Šmakal).
Chceme studovat fluktuace na různých škálách. Tyto fluktuace jsou jedním z
předpokládaných projevů chování jaderné hmoty v blízkosti kritického bodu fázového
diagramu a v oblasti fázového přechodu. V oblasti jaderných efektů pak jejich studium
metodou barevného dipólu a to zejména s ohledem na studium silného potlačení relativní
četnosti produkce hadronů s vysokými příčnými hybnostmi (d+Au)/(p+p) pro různé druhy
hadronů ve velkých dopředných rapiditách (Němčík). V současné době je připravena
metodika analýzy, v příštím roce plánujeme provedení simulací a výpočtů pro oblast energií
CBM. Plánujeme se věnovat rovněž studiu čisté baryonové hustoty – měření poměru
produkce baryonů a antibaryonů (Špaček, Petráček).
Účast na kolaboračních poradách: V. Petráček se zúčastnil kolaborační porady CBM, která
proběhla ve Splitu. Diskutována byla zejména časová perspektiva budování
urychlovačového komplexu FAIR a experimentu CBM.
2. Publikační výstupy
1. Future perspectives at SIS-100 with HADES-at-FAIR
I. Froehlich, …, A. Kugler, A. Krása, F. Křížek, P. Tlustý… (HADES collaboration)
Invited contribution presented at the XLVII International Winter Meeting on Nuclear
Physics, Bormio (Italy), Jan. 26-30, 2009
arXiv:0906.0091 [nucl-ex]
2. P. Tlusty: Hadron measurements with HADES
Presentation at "Workshop on Nuclear matter Physics at SIS100"
April 27, 2009, GSI Darmstadt, Germany
https://www.gsi.de/documents/FOLDER-9871240454693.html
3. P. Tlusty: Calorimeter for HADES at SIS100 - plans and current status
HADES Collaboration Meeting XX, May 5-10, 2009, Sesimbra, Portugal
http://ojs.ujf.cas.cz/~tlusty/hadmeet09/Sesimbra_Tlusty.ppt
4
Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy
Odbor mezinárodní spolupráce ve výzkumu a vývoji
Formulář F3_2009
4. The High-Acceptance Dielectron Spectrometer HADES.
G. Agakichiev, …, A. Kugler, A. Krása, F. Křížek, P. Tlustý… (HADES collaboration)
Eur. Phys. J. A41 (2009) 243-277.
3. Další postup řešení
V příštím roce budeme pokračovat v práci na přípravě experimentů HADES na zařízení FAIR.
Přitom se soustředíme na simulace experimentů s detektorem HADES doplněným o
elektromagnetický kalorimetr a výrobu a testy prototypu kalorimetru.
V oblasti vývoje detektoru STS, je dalším plánovaným krokem vývoj verze našeho napájecího a
řídícího systému vhodného pro experiment CBM, a příprava fyzikálního programu CBM..
Dále se členové obou skupin zúčastní pravidelných meetingů spolupráce CBM.
V Řeži dne 13. ledna 2010
Podpis řešitele: …………………………………
5