Дисертацiйне дослiдження охоплює тематику робiт, яка тiсно переплiтається в дiяльностi кожного науковця, хто професiйно займається експериментальною фiзикою ядра, високих енергiй чи елементарних частинок. Як член мiжнародної колаборацiї LHCb (CERN) автор долучився до виконання фiзичного аналiзу, використовуючи данi експерименту LHCb, з метою дослiдження утворення чармонiю в ультрапериферичних PbPb зiткненнях при енергiї √s_{NN} = 5,02 ТеВ, який започаткував новий напрям дослiджень у фiзицi важких iонiв у межах LHCb. Перiод виконання дисертацiйної роботи здебiльшого припав на етап суттєвого оновлення усiєї експериментальної бази та методик в LHCb. У цiй частинi робiт автором було розроблено дизайн, виготовлено та впроваджено на основi технологiї металево-фольгових сенсорiв IЯД НАН України систему онлайн монiторингу свiтностi та фону в експериментi LHCb, що носить назву RMS-R3.
Iз точки зору постановки експерименту важливим є забезпечення надiйного та всебiчного монiторування пучкiв та фону, якi генерує Великий адронний колайдер та якi сукупно формують нове середовище поблизу точки взаємодiї LHCb IP8. Розв’язання такої проблеми має надважливе та перспективне значення: у передових розробках i тестуваннi детекторних систем та зчитувальної електронiки, у впровадженнi комплексних методик експерименту, у вiдкриттi нових горизонтiв у дослiдженнях, i, нарештi, у твореннi фундаментальних вiдкриттiв.
Тема дисертацiї присвячена двом iз перелiчених комплексних завдань. По-перше, це — виконання експериментальних фундаментальних дослiджень процесiв та механiзмiв утворення адронiв у зiткненнях важких ядер при ультрарелятивiстськiй енергiї. По-друге, це — створення умов для безпечної, стабiльної та безперебiйної роботи експериментальної установки LHCb, що має бути гарантована достовiрнiстю даних, отриманих iз систем монiторингу.
Уперше виконано дослiдження когерентної генерацiї J/ψ та ψ(2S) мезонiв в ультрапериферичних PbPb зiткненнях при енергiї в системi центра мас двох нуклонiв 5,02 ТеВ в експериментi LHCb (CERN). Отримано важливу фiзичну величину — поперечний перерiз когерентного утворення J/ψ у межах форвардної рапiдiтi 2 < y < 4,5 становить 4,45 ± 0,24 ± 0,61 мб, де перша похибка є статистичною, а друга — систематичною. В експериментi LHCb розроблено метод аналiзу фотонно-ядерних реакцiй в ультрапериферичних зiткненнях важких iонiв. Ця робота збагачує унiкальний напрям дослiджень утворення адронiв у сильних електромагнiтних полях та при ультрарелятивiстськiй енергiї, досяжних на даний час лише на Великому адронному колайдерi.
Iз метою монiторингу умов та безпеки експерименту LHCb розроблено та впроваджено унiкальну систему RMS-R3 iз динамiчним дiапазоном вiд приблизно 1 Гц до 1 МГц для вимiрювання частоти взаємодiй пучкiв Великого адронного колайдера, що охоплює номiнальну миттєву свiтнiсть для протонно-протонних зiткнень 2 × 10^{33} см^{−2}c^{−1} iз 10-кратним запасом. Винайдено новий пiдхiд та новi технiчнi рiшення до конструювання надiйної та суперчутливої системи, призначеної для онлайн монiторингу зiткнення пучкiв та фону, на основi технологiй металевих сенсорiв та високопрецизiйних перетворювачiв заряду. Досягнуто таких принципових фiзико-технiчних характеристик системи RMS-R3, як: фемтокулонна чутливiсть до зарядiв у металевих сенсорах, вiдмiнна лiнiйнiсть вiдгуку в усьому динамiчному дiапазонi, висока часова стабiльнiсть вiдгуку, довготривале функцiонування сенсорiв пiд впливом надвисоких рiвнiв радiацiї (порядку 1 ГГр).
Диференцiальний перерiз dσ^{когер.}/dy когерентного утворення векторних J/ψ мезонiв у залежностi вiд рапiдiтi y при √s_{NN} = 5,02 ТеВ надає можливiсть дослiджувати на цiнних експериментальних даних чутливу кiнематичну область при мало дослiджених значеннях змiнної Бйоркена та переданого iмпульсу. Результат є важливим для тестування феноменологiчних моделей, що описують такi явища, як ядерне затiнення, глюонне насичення та визначення початкового стану кварково-глюонної плазми.
Створена радiацiйно стiйка система монiторингу умов та безпеки експерименту LHCb є перспективним прототипом новiтнiх систем, здатних функцiонувати при надвисоких рiвнях свiтностi (радiацiйного навантаження, множинностi процесiв) в експериментах на майбутнiх колайдерах HL-LHC, FCC тощо. Монiторингова система RMS-R3 є унiкальною спецiалiзованою експериметальною розробкою IЯД НАН України, що успiшно застосовано в експериментi LHCb для серiї дослiджень Run 3 (2022-2025 рр.) на Великому адронному колайдерi.
