ВІДДІЛ ФІЗИКИ ВИСОКИХ ЕНЕРГІЙ

Відділ фізики високих енергій (ВФВЕ) був створений за рішенням ученої ради ІЯД від 18 жовтня 2005 р. Завідувач відділу – чл.-кор. НАН України, проф., д.ф.-м.н. Валерій Михайлович Пугач.

В. М. Пугач

Співробітники відділу (1 доктор наук, 5 кандидатів наук, 2 м.н.с, 5 аспірантів, 8 інженерів) беруть  участь в експериментах та теоретичних дослідженнях з фізики високих енергій, створюють та застосовують методики для вимірювань, аналізу та інтерпретації фізичних даних у рамках сучасних теоретичних моделей. Метою робіт є дослідження фундаментальних взаємодій в ато-метровому просторі, з’ясування асиметричних властивостей матерії та антиматерії, пошук сигналів нової фізики, нових кваркових станів та частинок, сигналів кварк-глюонної плазми тощо.
Підґрунтям для створення ВФВЕ став накопичений у відділі ядерних реакцій досвід експериментальних та теоретичних досліджень багаточастинкових ядерних реакцій при низьких та середніх енергіях. Вплив ядерного середовища на спостережувані характеристики проміжних резонансів досліджується і при високих енергіях. В експериментах HERA-В (DESY, Гамбург) та LHCb (ЦЕРН, Женева) одержано унікальні дані про модифікацію процесів генерації «дивних», «чарівних» та «привабливих» мезонів/баріонів в ядерному середовищі.
Практична діяльність з експериментальної фізики високих енергій розпочалась у 1992 р. участю в розробці та тестуванні прототипу В-мезонної фабрики на накопичувальному кільці протонів HERA з енергією 0,92 ТеВ. З 1995 р. ІЯД – член Міжнародної колаборації HERA-В. З 1997 р. співробітники інституту в складі Міжнародної колаборації LHCb  долучились до розбудови експерименту LHCb, націленого на дослідження порушення комбінованої парності в розпадах В-мезонів та пошук рідкісних процесів за межами стандартної моделі (при енергіях протон-протонних зіткнень до 13 ТеВ). З 2013 р. в LHCb розгорнуто також роботи по дослідженню модифікації поперечних перерізів генерації адронів в ядерному середовищі з метою ідентифікації сигналів нового стану речовини – кварк-глюонної плазми. Аналогічний напрямок досліджень розробляє Міжнародна колаборація CBM (GSI/FAIR, Дармштадт), у складі якої ІЯД НАН України з 2008 р. бере участь у розробці кремнієвої трекової системи для експерименту CBM (Compressed Baryonic Matter).

Ю. М. Малюта (1932 - 2011)	В. Є. Аушев

Найбільший доробок становлять результати, отримані в рамках діяльності Міжнародної колаборації LHCb у ході підготовки та виконання експерименту LHCb. ІЯД є одним із засновників Міжнародної колаборації LHCb, функціонуючої вже майже 25 років з головною метою: дослідження явища порушення комбінованої СР інваріантності як одного з можливих чинників асиметричної розбудови Всесвіту у вигляді матерії при повній відсутності антиматерії (http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public). Україна отримала статус асоційованого члена ЦЕРН з 2016 р.
Доробок вагомих результатів з фізики високих енергій створено і збагачується плідною працею висококваліфікованих фахівців інституту, серед яких доктори наук: Ю. М. Малюта, В. Є. Аушев, Ю. М.
Павленко, В. М. Пугач; кандидати наук: Ю. О. Васильєв, Ю. В. Пилипченко, Т. В. Обіход, М. С. Борисова, Д. Ю. Волянський, А. О. Лиманець, Ю. І. Сорокін, А. В. Вербицький, М. А. Теклишин, А. В. Чаус, В. М. Яковенко, Г. М. Малигіна, О. С. Ковальчук; інженерний персонал: М. М. Ткач, В. О. Кива, О. Ю. Охріменко, Д. І. Сторожик, В. М. Міліція та ін.
Основні наукові досягнення.
На великому адронному колайдері в експерименті LHCb у дослідженнях розпаду важких мезонів та баріонів виміряно їхню масу, час життя, частоту осциляцій, співвідношення гілок розпаду тощо.
Ці результати є найбільш точними або одержані вперше у світі
(рідкісна мода розпаду Bs ® µ+µ-; порушення комбінованої CP парності в розпадах B0s мезонів, спостереження пента-кваркових структур тощо).
Протягом 8 років в експерименті LHCb успішно функціонує система радіаційного моніторингу (СРМ), розроблена та виготовлена за фізико-технічними основами металевих фольгових детекторів, розвинутих в ІЯД.

Система радіаційного моніторингу експерименту LHCb:
зверху – фото та схема СРМ; знизу – виміряна за даними СРМ
еволюція інтегральної світимості експерименту LHCb у 2015 р.

У рамках теорії похідних категорій та мінімальної суперсиметричної стандартної моделі розраховано спектри адронів та суперсиметричних партнерів з метою упорядкування спостережуваних адронів та передбачення нових частинок, що утворюються при енергіях протон-протонних зіткнень близько 14 ТеВ на великому адронному колайдері.
З повного набору даних протон-антипротонних зіткнень при енергії 1,96 ТеВ експерименту D0 (FNAL) з точністю 1 % визначено масу топ-кварка, mt = 173,93 ± 1,61 (стат) ± 0,88 (сист) ГеВ/с2.
Розроблено систему оцінки якості та виміряно характеристики мікростріпових детекторів для трекової системи експерименту СВМ (Дармштадт), а також металевих мікродетекторів для систем вимірювання просторового розподілу пучків частинок, у тому числі для цілей адронної терапії.

Формування міні-пучків для експериментів у клінічному центрі HIT м. Гейдельберг: зверху – фото матричного та щілинних коліматорів ІЯД; знизу – просторовий розподіл інтенсивності міні-пучків іонів вуглецю з енергією 2,35 ГеВ, виміряний мікродетектором у реальному часі.

Створено спільно з лабораторією плазмових технологій ІЯД фізико-технічні основи детекторів нового типу – металевих мікродетекторів (ММД). Позиційно-чутливі детекторні системи на основі ММД успішно застосовані як в експериментах з фізики високих енергій (система моніторингу світимості HERA-В, система радіаційного моніторингу LHCb), так і в інших галузях наукових досліджень: електронна фокальна площина лазерного мас-спектрометра (ІПФ НАН України, Суми); установка швидкісного рентгено-структурного аналізу (ІПМ НАН України, Київ) для вивчення динаміки фазових переходів e металах при нагріванні/охолодженні; вимірювання просторового розподілу дози для цілей фракціонованої радіотерапії (біомедична лінія на синхротроні ESRF в Греноблі, клінічний центр важких іонів HIT у Гейдельберзі, Німеччина. Роботи по створенню нових детекторних систем для фізики високих енергій та медичного застосування розгортаються в рамках діяльності Міжнародної асоційованої лабораторії LIA IDEATE (Франція, Україна).
Установлено фізичний принцип відповідності кількості ядерних взаємодій величині заряду, утворюваного в металевих мішенях-детекторах при взаємодії їх з високоенергетичними іонами, що дало змогу реалізувати вперше у світі режим одночасного дослідження взаємодій на кількох мішенях, уведених в гало пучка накопичувально-прискорювального комплексу (В. М. Пугач, В. Є. Аушев, Ю. О. Васильєв, М. М. Ткач). Це дало змогу суттєво підвищити точність вимірювань відносних поперечних перерізів рідкісних процесів. Досягнута відносна точність вимірювань (порядку кількох відсотків) дотепер є неперевершеним досягненням у цій галузі досліджень. Режим одночасного експерименту на восьми мішенях також є унікальним явищем у техніці експерименту. Наразі схожий мішенний комплекс розробляється для експерименту LHCb.
Результати досліджень, одержані науковцями відділу фізики
високих енергій, опубліковані в провідних наукових журналах та представлені в матеріалах міжнародних конференцій, симпозіумів у понад 500 наукових публікаціях з високим індексом Гірша (https://scholar.google.com/citations?hl=en&user=eFoR2KEAAAAJ).

Більш детальну інформацію розміщено на веб-сайті відділу фізики високих енергій: http://hep.kinr.kiev.ua/