時間投影相機 A. Sokolov的 3D 模型

超級C-tau工廠是一個未來的正負電子對撞機，該項目由核物理研究所正在開發。特種兵Budkera SB RAS (BINP SB RAS)。該裝置的科學計劃包括研究含有粲夸克和τ輕子的粒子，以及尋找標準模型未描述的新物理效應。從概念上講，該項目已經開發出來。如今，研究人員正在致力于各種實驗過程的安裝元件和建模的技術解決方案的詳細開發。例如，對氣體混合物中電子的行為(它們的速度、橫向和縱向擴散)進行了建模，以用于內部跟蹤系統——探測器的一部分，首先看到電子和正電子碰撞后產生的粒子。測量被檢測粒子的飛行軌跡的質量取決于氣體混合物的選擇。

對撞機探測器的任務是恢復電子和正電子湮滅產生的粒子的圖像，即記錄碰撞產物并測量其參數。這種設備有很多子任務，所有這些子任務都必須高精度地解決，因此探測器由相互內置的各種系統組成，就像一個嵌套娃娃。內部跟蹤系統或時間投影室是一個高 60 厘米、直徑 40 厘米的小圓柱體，當顆粒到達探測器時，它首先被激活。

俄羅斯科學院核物理研究所高級研究員、該學院宇宙學和基本粒子物理實驗室高級研究員解釋說：“在充滿特殊氣體混合物的時間投影室中，使用電極產生均勻電場。”新西伯利亞州立大學物理學博士，物理和數學科學候選人安德烈·索科洛夫。 – 帶電粒子飛過腔室，以電離氣體原子的形式在氣體混合物中留下痕跡或軌跡。離子在一個方向上緩慢漂移，而電子在另一個方向上快速漂移。我們對電子感興趣。當它們到達腔室末端時，微結構氣體探測器會在該區域檢測到它們，該探測器能夠每 100 納秒記錄一次單電子脈沖。這些高度敏感的設備是在 BINP SB RAS 的 3 號實驗室在物理和數學科學博士 Lev Isaevich Shekhtman 的指導下制造的。如果我們能夠高精度地測量漂移速度，那么我們就可以計算出粒子到達的位置。氣體混合物是該系統的關鍵要素。粒子漂移速度取決于它，對于不同的混合物，其可能相差十倍。空間分辨率，即我們測量粒子軌跡的精確程度，也取決于它。”

在對跟蹤系統進行原型設計之前，專家們進行了建模，即計算了各種氣體混合物的參數，以確定最佳的一種。這些計算是由從印度來到新西伯利亞的 NSU 研究生 Vijayanand Kuttikattu Vadakeppattu 進行的。此次合作是在俄羅斯大學教育、科學和創新領域發展5-100計劃的框架內進行的。該計劃的方向之一是吸引外國學生和研究生到新國立大學學習。

“我們研究的主要目標是選擇一種合適的氣體混合物，用作時間投影室中電子漂移的介質，并減少其中的離子回流，”研究生 Vijayanand Vadakeppattu 評論道。 – 選擇氣體混合物沒有具體規則，但主要取決于傳輸特性，即電子的橫向和縱向擴散及其漂移速度。我們對各種氣體混合物進行了詳細的模擬研究以評估這些參數。選擇氬氣和氖氣作為主要氣體。我們的研究表明，盡管氖混合物中的電子擴散和反向離子流較少，但它們的漂移速度也較小。低漂移速度增加了軌道重疊的風險，這使它們的重建變得非常復雜。因此，我們決定使用氬基氣體混合物，并繼續研究其分辨率。”

物理學家對超過25種氬氣混合物進行了模擬研究，并選擇了兩種：一種含有50%四氟化碳，另一種含有40%四氟化碳和15%甲烷。研究表明，在跟蹤系統中使用這些類型的混合物將有可能獲得優于 200 微米的橫向空間分辨率和大約 1% 的小反向離子通量 - Super C 實驗所需的參數-tau工廠對撞機。

“為了確認建模過程中獲得的結果，有必要測試時間投影相機的原型，該原型機目前正在 BINP 進行開發。此后，我們將徹底完成這一階段的工作。”Vijayanand Vadakeppattu 補充道。

超級 C-tau 工廠是一個加速器綜合體，旨在進行能量為 2 至 5 GeV 的電子-正電子束碰撞實驗，其亮度前所未有，比當今世界在該能量范圍內達到的水平高出兩個數量級。新對撞機的概念基于一種增加光度的新方法——蟹腰法，由INFN(意大利國家核物理研究所)和SB RAS核物理研究所的專家提出和開發。該物理項目基于在罕見或標準模型禁止的粲粒子和 tau 輕子衰變中尋找新物理。類似的問題正在粒子物理領域最大的現代實驗的幫助下得到解決，其中最著名的是 KEK 實驗室(日本高能加速器研究組織)SuperKEKB 對撞機的 Belle II 實驗和大型 LHCb 實驗。歐洲核子研究中心(瑞士)的強子對撞機。

電子-正電子束碰撞加速器復合體示意圖 - Super S-Tau 工廠