PANDA смотрит внутрь. Участники международного эксперимента “сверили часы”.
Наука
№ 36(2017)

08.09.2017

Традиционные учебники ядерной физики рассматривают так называемые “стабильные ядра”, где количество протонов и нейтронов примерно одинаково. Но недавние открытия потребовали пересмотреть устоявшиеся подходы: обнаружены экзотические ядра, где нейтронов либо протонов гораздо больше, чем “надо”. Такие ядра обладают совершенно иными свойствами, пока их зарегистрировано около 2000, еще порядка 5000 остались неизмеренными. Большой адронный коллайдер позволил, в частности, открыть пентакварк: составную объемную частицу. Предсказано также существование частиц, лишенных кварков, иными словами, абсолютно нового вида материи.
“Заглянуть внутрь” мельчайших частиц материи и антиматерии позволит эксперимент PANDA, один из четырех экспериментов, проведение которых запланировано в Европейском исследовательском центре ионов и антипротонов (FAIR) в германском Дармштадте. Сегодня это единственный в мире проект, который будет использовать антипротонный пучок высокой интенсивности.
- PANDA - один из четырех экспериментов на комплексе FAIR, он связан с взаимодействием антипротонов с протонами мишени, - рассказывает директор Института ядерной физики им. Г.И.Будкера (ИЯФ) СО РАН академик Павел Логачев. - Генерируется антивещество в виде антипротонов, накапливается, ускоряется и направляется на мишень, содержащую водород. А затем специалисты изучают продукты произошедшего столкновения. Причем поскольку схемой выбраны не встречные пучки, а пучок-мишень, мы выходим в область низких энергий, которая на данный момент наименее изучена. Кроме эксперимента пока нет другого способа заглянуть туда. Там нас могут ждать вещи как ожидаемые, так и совершенно неожиданные - выход на новую физику, за рамки Стандартной модели.
В частности, результаты эксперимента могут помочь астрофизикам объяснить процессы образования тяжелых элементов во Вселенной, которые до сих пор вызывают вопросы.
В коллаборации PANDA участвуют 450 ученых из 17 стран, 70 из них приехали на рабочее совещание в Новосибирск. По словам доктора Клауса Петерса, руководителя эксперимента, вклад России в целом и Института ядерной физики в частности определяющий, не только по финансам (стоимость выполняемых институтом работ около 13 миллионов евро), но и по “интеллектуальной начинке”. К 2022 году ИЯФ должен поставить в Дармштадт и смонтировать, во-первых, центральный соленоидальный сверхпроводящий магнит. С помощью него будет производиться измерение импульсов заряженных частиц, вылетающих из мишени под действием антипротонного пучка. Проектное поле этого магнита - 2 тесла (для простоты сравнения: энергия, сосредоточенная в таком магнитном поле, эквивалентна выделяемой при взрыве 5 килограммов тротила). Во-вторых, из России поступит дипольный магнит переднего спектромет ра, который предназначен для измерения импульса частиц, вылетающих из мишени. В-третьих, детектор черенковских колец на основе аэрогеля. Это устройство, задача которого - регистрировать заряженные частицы с энергией от 2 до 10 ГэВ и разделять их по типу - на электроны, пионы, мюоны, каоны и протоны. Об аэрогеле стоит сказать особо: этот “вспененный кварц” уже использовали в звездных экспериментах - американцы улавливали с помощью пористого аэрогеля частицы, летящие в хвосте кометы, восстанавливая, таким образом, ее состав. Эксперимент так и назывался “Star Dust” (“Звездная пыль”). Но с тех пор физики из ИЯФ в сотрудничестве с химиками из Института катализа им. Г.К.Борескова СО РАН научились делать самый прозрачный в мире аэрогель. А специально для эксперимента PANDA планируется синтезировать блоки этого вещества из двух-трех слоев, подбирая показатели преломления так, чтобы точность измерений повышалась за счет фокусировки. Словом, все новые частицы, “отловленные” в ходе эксперимента PANDA, будут зарегистрированы и измерены по разработанной в ИЯФ методике. Планируемая к строительству в Новосибирске установка мегасайенс Супер С-Тау фабрика должна вести работу в тех же областях энергий, что и комплекс PANDA, поэтому рабочее совещание в академгородке позволило российским и зарубежным исследователям “сверить часы”.

Ольга КОЛЕСОВА


Вернуться к статье