DOI: https://doi.org/10.54546/naturalscirev.200608
تاريخ النشر: 2026-03-20
المؤلف: V. Fimushkin وآخرون
الموضوع الرئيسي: الكروموديناميكا الكمومية وتفاعلات الجسيمات
نظرة عامة
تستعرض هذه الفقرة التقدمات الكبيرة التي تم إحرازها في دراسة تفاعلات النيوترون-نيوترون وبنية النوى الخفيفة، وخاصة من خلال تطوير مصدر الكريوجين للديترونات المستقطبة، POLARIS، في أواخر السبعينيات. وقد عززت هذه الابتكارات القدرات الآلية في JINR، مما سهل جمع البيانات التجريبية حول التأثيرات المعتمدة على الاستقطاب في السنكروفازوترون والنيوكلوترون. أدت الجهود التعاونية مع مختلف المراكز البحثية الدولية إلى اكتشافات غير متوقعة، خاصة فيما يتعلق بعوامل الشكل الكهرومغناطيسية للنيوترونات، فضلاً عن رؤى جديدة حول بنية دوران الديترون وحزم $^3$He المستقطبة.
تؤكد الاستنتاجات على النتائج المثمرة لتطوير POLARIS وتكليف بنية فيزياء الدوران (SPI) في 2016-2017، والتي فتحت آفاقًا جديدة للبحث في مجمع النيوكلوترون/NICA. لقد ساهمت البيانات التجريبية الناتجة بشكل كبير في الفهم العالمي للتأثيرات المعتمدة على الدوران في تفاعلات النيوترونات عالية الطاقة وبنية دوران الديترون على مسافات قصيرة. وقد تم الاعتراف بهذه الاكتشافات من خلال عدة جوائز من JINR وقد حفزت المزيد من التحقيقات في بنية دوران $^3$He. تسلط الورقة الضوء على الحاجة إلى المزيد من التقدم في التقنيات الآلية، وخاصة في الحفاظ على استقطاب حزمة البروتونات والقياسات عالية الطاقة، لدعم البرنامج التجريبي المقترح لكاشف فيزياء الدوران (SPD).
مقدمة
تستعرض المقدمة التطور التاريخي وأهمية حزم الديترونات المستقطبة في مسرعات السنكروفازوترون والنيوكلوترون، بدءًا من الإنتاج الناجح الأول لحزمة ديترون مسرعة في عام 1970. قاد هذه المبادرة أ. م. بالدين، مما أدى إلى إنشاء مصدر POLARIS، الذي سهل توليد حزم ديترونات مستقطبة لمختلف التجارب حتى عام 2005. وقد مكنت التقدمات في كثافة الحزمة من إنشاء حزم نيوترونات مستقطبة عالية الطاقة، وهو أمر حاسم لقياسات ارتباط الدوران.
ركزت الأبحاث بشكل أساسي على منطقتين: تشتت النيوترونات-نيوترونات (NN) المرن عند الطاقات المتوسطة وبنية النوى الخفيفة على مسافات بين النوى قصيرة. وقد تضمنت هذه الأعمال تعاونًا مع فيزيائيين دوليين وأسفرت عن رؤى مهمة حول عوامل الشكل الكهرومغناطيسية للنيوترونات وبنية الدوران. يهدف برنامج فيزياء الدوران الجاري في مجمع النيوكلوترون/NICA إلى استكشاف بنية دوران الغلوونات وغيرها من الظواهر المتعلقة بالاستقطاب، باستخدام معدات وتقنيات متقدمة للحفاظ على الاستقطاب والقياس. تسلط المراجعة الضوء على التطور الآلي لدراسات الاستقطاب، والنتائج الرئيسية، والمتطلبات الفنية المستقبلية لبرنامج الدوران.
مناقشة
تناقش هذه الفقرة التقدمات في مصادر الأيونات المستقطبة في مختبر الطاقات العالية (LHEP) في المعهد المشترك للبحوث النووية (JINR)، مع التركيز بشكل خاص على تطوير وتنفيذ مصدر POLARIS الكريوجيني ومصدر الأيونات المستقطبة (SPI) اللاحق. لقد مكن مصدر POLARIS، الذي يعمل منذ عام 1981، من تسريع حزم الديترونات المستقطبة إلى طاقات نسبية دون فقدان كبير في الاستقطاب، محققًا معلمات استقطاب قريبة من التوقعات النظرية. وقد وضعت هذه الابتكارات الأساس لأبحاث استقطاب واسعة في فيزياء الدوران عالية الطاقة.
تم تصميم SPI، الذي تم تكليفه في عام 2016، لتعزيز كثافة وجودة الحزم المستقطبة لمشاريع النيوكلوترون وNICA المستقبلية. يستخدم جهاز أيونيزر بلازما لتبادل الشحنات وجهاز حزمة ذرية متطور لإنتاج ديترونات وبروتونات مستقطبة للغاية. إن نجاح SPI التشغيلي يتجلى في قدرته على الحفاظ على مستويات استقطاب الديترون بين 0.6 و0.88 من الحد الأقصى النظري خلال عمليات تشغيل موسعة. بالإضافة إلى ذلك، يتم تسليط الضوء على تطوير أجهزة قياس الاستقطاب المختلفة لمراقبة استقطاب الحزمة في الوقت الحقيقي، مما يضمن التحكم الدقيق في معلمات الاستقطاب اللازمة للتجارب القادمة في مجمع مسرع NICA. تهدف التحديثات المستقبلية إلى زيادة كثافة الحزمة وجودة الاستقطاب، وهو أمر حاسم لتحقيق اللمعان المطلوب في تصادمات الجسيمات المستقطبة.
DOI: https://doi.org/10.54546/naturalscirev.200608
Publication Date: 2026-03-20
Author(s): V. Fimushkin et al.
Primary Topic: Quantum Chromodynamics and Particle Interactions
Overview
The section outlines the significant advancements made in the study of nucleon-nucleon interactions and the structure of light nuclei, particularly through the development of the cryogenic source of polarized deuterons, POLARIS, in the late 1970s. This innovation greatly enhanced the instrumental capabilities at JINR, facilitating the collection of experimental data on polarization-dependent effects at the Synchrophasotron and the Nuclotron. Collaborative efforts with various international research centers led to unexpected findings, particularly regarding the electromagnetic form factors of nucleons, as well as new insights into the spin structure of the deuteron and polarized $^3$He beams.
The conclusions emphasize the fruitful outcomes of the POLARIS development and the commissioning of the Spin Physics Infrastructure (SPI) in 2016-2017, which have opened new avenues for research at the Nuclotron/NICA complex. The experimental data generated has significantly contributed to the global understanding of spin-dependent effects in high-energy nucleon interactions and the deuteron spin structure at short distances. These findings have been recognized with multiple JINR awards and have motivated further investigations into the spin structure of $^3$He. The paper highlights the need for continued advancements in instrumental techniques, particularly in proton beam polarization preservation and high-energy polarimetry, to support the proposed experimental program for the Spin Physics Detector (SPD).
Introduction
The introduction outlines the historical development and significance of polarized deuteron beams at the Synchrophasotron and Nuclotron accelerators, beginning with the first successful production of an accelerated deuteron beam in 1970. Spearheaded by A. M. Baldin, this initiative led to the establishment of the POLARIS source, which facilitated the generation of polarized deuteron beams for various experiments until 2005. The advancements in beam intensity enabled the creation of high-energy polarized neutron beams, crucial for spin correlation measurements.
The research has primarily focused on two areas: nucleon-nucleon (NN) elastic scattering at intermediate energies and the structure of light nuclei at short internuclear distances. This work has involved collaborations with international physicists and has yielded significant insights into nucleon electromagnetic form factors and spin structure. The ongoing spin physics program at the Nuclotron/NICA complex aims to explore gluon spin structure and other polarization phenomena, utilizing advanced equipment and techniques for polarization preservation and measurement. The review highlights the instrumental development for polarization studies, major findings, and future technical requirements for the spin program.
Discussion
The section discusses the advancements in polarized ion sources at the Laboratory of High Energies (LHEP) of the Joint Institute for Nuclear Research (JINR), particularly focusing on the development and implementation of the POLARIS cryogenic source and the subsequent Source of Polarized Ions (SPI). The POLARIS source, operational since 1981, enabled the acceleration of polarized deuteron beams to relativistic energies without significant polarization loss, achieving polarization parameters close to theoretical expectations. This innovation laid the groundwork for extensive polarization research in high-energy spin physics.
The SPI, commissioned in 2016, was designed to enhance the intensity and quality of polarized beams for the Nuclotron and future NICA projects. It employs a charge-exchange plasma ionizer and a sophisticated atomic beam apparatus to produce highly polarized deuterons and protons. The SPI’s operational success is evidenced by its ability to maintain deuteron polarization levels between 0.6 and 0.88 of the theoretical maximum during extensive runs. Additionally, the development of various polarimeters for real-time monitoring of beam polarization is highlighted, ensuring precise control over the polarization parameters necessary for upcoming experiments in the NICA accelerator complex. Future upgrades aim to further increase beam intensity and polarization quality, crucial for achieving the desired luminosity in polarized particle collisions.