Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі природничих наук за спеціальністю 104 – фізика та астрономія. – Інститут ядерних досліджень НАН України. Київ, 2024.
Фізичні цілі експерименту LHCb (ЦЕРН) триваючих та наступних серій вимірів стосуються властивостей еволюції матерія-антиматерія, закономірностей універсальності лептонних ароматів та рідкісних мод розпаду важких ароматів, тощо. Для досягнення статистичної точності даних, достатньої для спостереження можливих сигналів Нової фізики (за межами Стандартної Моделі), передбачається суттєве підвищення миттєвій світності. Експеримент був модернізований UPGRADE I (2019 – 2021 р.р.) з метою проведення подальших досліджень фізики важких ароматів на Великому Адронному Колайдері (ВАК) при енергії до 14 ТеВ (р – р с.ц.м.) та миттєвої світності до 2*10^33 см^-2 с^-1 . Після завершення третьої та четвертої серії фізичних вимірів (RUN 3: 2022 – 2026 р.р., RUN 4: 2029 – 2033 р.р.) буде здійснено наступну модернізацію (UPGRADE II) для забезпечення функціонування вимірювальних систем експерименту в епоху високої світності ВАК (HL-LHC) в п’ятій та шостій серії фізичних вимірів (RUN 5: 2036 – 2040, RUN 6: 2043 – 2047 р.р.) з миттєвою світністю до 1.2*1034 см-2 с-1. Програма цієї модернізації включає також можливу реалізацію режиму фіксованої металевої мікромішені.
Дисертаційна робота присвячена розробці концепції фіксованої металевої мікромішені та способу її реалізації в експерименті LHCb. В рамках підготовки наступної модернізації експерименту (UPGRADE II, 2034 – 2035 р.р.) розвинуто ідею впровадження режиму фіксованої металевої мікро-мішені на основі технології металевих мікро-стріпових детекторів, створеної в ІЯД НАН України.
Обґрунтовано доцільність такого режиму експерименту з точки зору розширення кола фізичних цілей, які, зокрема, включають оригінальну ідею реалізації потрійних ядерних зіткнень для дослідження властивостей матерії в нових умовах фазової діаграми квантової хромодинаміки при надвисоких густинах та температурах речовини. Широкий асортимент металевих мішеней надасть можливість раніше недосяжних досліджень закономірностей еволюції матерії в залежності від індивідуальних властивостей ядер (деформація, спін та ізоспін, наявність нейтронного гало, тощо).
Наведено результати оцінки нових можливостей та переваг фізичних досліджень в такому режимі в порівнянні та на доповнення існуючої програми досліджень зіткнень релятивістських важких ядер з використанням газової мішені SMOG2, реалізованої наразі на ВАК лише в умовах експерименту LHCb. Зокрема, для вперше запропонованого пошуку потрійних зіткнень ядер наводиться оцінка залежності умов спостереження цього нового фізичного явища від товщини мікро-мішені в реакціях p+C+p та Pb+Pb+Pb. Представлено дизайн конструкції мішенної системи та її очікувані функціональні характеристики, необхідні для управління мікромішенню та стабілізації частоти взаємодії її ядер із прискореними ядрами пучка ВАК. Такий режим забезпечить прецизійну локалізацією області зіткнень ядер мішені із пучком ВАК.
Представлено різні прототипи мішенної системи, функціонуючої в гало пучка ВАК в умовах ультрависокого вакууму із субмікронною точністю позиціювання. Розроблено конструкцію першого мішенного пристрою на основі п’єзоелектричних мікроелектромеханічних (MEMS) пристроїв для дослідження їх функціональних характеристик на тестових пучках в ЦЕРН.
Управління мікромішенним комплексом буде здійснено функціонуючою системою моніторингу умов та безпеки експерименту RMS-R3. Функціональні характеристики системи RMS-R3 орієнтовані на забезпечення ефективних фізичних вимірів у третій серії накопичення даних (RUN3, 2022-2026 р.р.). Флуктуації вихідної частоти детекторних модулів не перевищують 5 Гц при частоті їх відгуку 100 кГц при номінальній світності експерименту в p – p зіткненнях 2.0*10^33 см^-2·с^-1. Нижня межа чутливості RMS-R3 становить величину ~ 10^26 см^-2·с^-1. Система має лінійну реакцію на миттєву світність в діапазоні від 10 Гц до 1.2 МГц. Її дані дозволяють відстежувати еволюцію світності, також область її локалізації та їх відновлюваність. Радіаційна толерантність системи RMS-R3 забезпечена її виготовленням за оригінальною технологією радіаційно стійких металевих фольгових детекторів ІЯД НАН України.
Оригінальним розширенням функціональних можливостей RMS-R3, здійсненим в дисертаційній роботі, є розробка та застосування методу асиметрій відгуку сенсорів RMS-R3 для моніторингу стабільності локалізації області світності експерименту та створення програмного забезпечення у середовищах WinCC та MONET у для відображення даних системи у режимі реального часу.
