[論文レビュー] The NICA/MPD Project at JINR (Dubna)

V. D. Toneev|ArXiv.org|Sep 10, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

JINRのNICA/MPDプロジェクトは、高バリオン密度における強い相互作用する物質を研究するための新しい重イオン衝突装置施設と多目的検出器を提案している。特にQCD相図におけるクォーク-グルーオンプラズマ相転移および臨界点を対象としている。既存のヌクロトロン施設を活用し、衝突エネルギー√s = 9 AGeV、光度最大10²⁷ cm⁻²s⁻¹を達成することで、中心部のAu+AuおよびU+U衝突におけるハドロン生成、フロー、相関の詳細な研究が可能になる。

ABSTRACT

A new project of Nuclotron-based Ion Collider fAcility (NICA) and Multi-Purpose Detector (MPD) is proposed at JINR (Dubna). Status of this NICA/MPD project is outlined. Main system parameters and some construction details are given.

研究の動機と目的

• 実験的条件下での高温・高密度の強い相互作用物質、特にクォーク-ハドロン混合相の性質を調査すること。
• √sNN = 3–9 GeVのエネルギー範囲におけるQCD相図を調査し、臨界エンドポイントおよび脱コンfinement転移に注目すること。
• 中間媒体によるハドロン、特にマルチ奇異バリオンおよび電磁的プローブの修正を研究すること。
• 専用の多目的検出器（MPD）を用いて、粒子識別、フロー、HBT相関の高精度測定を可能にすること。
• 相対論的核衝突におけるスピン依存現象を研究するための強力な偏極軽イオンビームの開発

提案手法

• ²³⁸Uイオンを3.5 AGeVまで加速可能な、既存のヌクロトロン加速器コンプレックスを、イオンビームの注入および加速の基盤として活用すること。
• 1ナノ秒あたり3.5 AGeVのピーク運動エネルギーと10²⁷ cm⁻²s⁻¹の光度を持つ超伝導衝突リングを構築すること。
• 段階的な加速器チェーンを実装する：重イオン源 → リニアック → ブースター環 → ヌクロトロン → 超伝導衝突リング。
• 0.5 Tのソレノイド磁場下で動作する時間投影 chamber（TPC）またはストロングトラッカーを基盤とする中央追跡系を備えたMPD検出器を設計すること。
• 0.2–2 GeV/cの運動量範囲で粒子識別を可能にするRPCを用いた時間飛行（TOF）システムを統合し、100 psの時間分解能を達成すること。
• 電子および光子検出のための電磁気カロリメータ（ECal）を設置し、衝突の中心度分類およびスペクター粒子エネルギー測定のための2つのゼロ度カロリメータ（ZDC）を設置すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 3–9 GeVにおけるQCD相図において、脱コンfinementおよびチャーミカル対称性の回復の兆候は何か？
• RQ2 QCD臨界エンドポイントはどこに位置し、NICAエネルギー範囲での系統的ビームエネルギースキャンによってその探査が可能か？
• RQ3 中心部の重イオン衝突におけるマルチ奇異バリオンおよび電磁的プローブの生成に、中間媒体の修正がどのように影響するか？
• RQ4 NICAエネルギー下でのAu+AuおよびU+U衝突で形成される系の空間的・時間的進化および凍結条件は何か？
• RQ5 MPD検出器は、高多重度イベントにおけるHBT相関研究および高精度粒子識別に必要な分解能を達成できるか？

主な発見

• NICA衝突装置は、最大衝突エネルギー√s = 9 AGeV、平均光度10²⁷ cm⁻²s⁻¹を達成する設計となっており、高統計的密度核物質研究が可能になる。
• 光度10²⁷ cm⁻²s⁻¹におけるU+U衝突の相互作用レートは約10 kHzと推定され、1秒間に500件の中心部イベントが得られ、リアルタイムデータ取得および保存と整合性を持つ。
• シリコンバーテックストラッカーを用いることで、MPD検出器は0.2 mm未満の頂点位置決め精度を達成すると予想され、0.2–2 GeV/cの運動量範囲の粒子では約1%の運動量分解能を実現する。
• 100 psの時間分解能を持つTOFシステムにより、2 GeV/c未満の運動量でπ–K分離確率が5%まで向上するが、TPCにおけるdE/dx測定により低運動量域での完全な粒子識別が可能になる。
• FAIRで建設されたものと類似したZDCは、スペクター粒子エネルギー測定により、衝突の中心度分類を高精度で行える。
• NICA/MPDプロジェクトの総予算は約7000万米ドルと推定され、MPD検出器単体の費用は約2500万米ドルであり、シリコンバーテックストラッカー、TPC、TOF、ECalを含む。