Поиск - новости науки и техники

Замер в ожидании. Большой адронный коллайдер готовят к новым исследованиям.

В ЦЕРН царит необычная атмосфера. Группы экскурсантов на специальных автобусах активно перемещаются по территории Европейского центра ядерных исследований. На самом деле, интересует общественность не столько наземная территория, сколько знаменитый 27-километровый туннель, по которому проносятся пучки протонов, и не менее знаменитые детекторы CMS и ATLAS, где происходят столкновения частиц. А как же иначе – надо ловить момент, ведь в святая святых Большого адронного коллайдера можно попасть только сейчас, пока ускоритель остановлен для серьезного апгрейда.
Длительная остановка LHC в 2013 году была запланирована заблаговременно. И на совещании коллаборации CMS в начале 2011 года, и в ходе алуштинской встречи летом 2012-го об этом говорили как о само собой разу­меющемся мероприятии.
В соответствии с долговременным и многоэтапным планом апгрейда Большого адронного коллайдера нынешний первый длительный перерыв в его работе, или Long Shut Down (LS1), продлится до конца 2014 года. А необходим он для того, чтобы провести обновление ускорителя и подготовить его для достижения проектной энергии в 14 ТэВ, а также больших значений светимости – примерно 1034 см–2•с–1. Еще одно звено, нуждающееся в обновлении, – сам детектор, разработанный 20 лет назад и основанный на технологиях того времени. Любая техника, в том числе электроника, устаревает, к тому же на качестве ее работы сказывается негативное влияние радиации, особенно в зонах, расположенных вблизи столкновений пучков.
Что сегодня происходит в ЦЕРН? Рассказать об этом мы попросили наших давних друзей – ученых из коллаборации CMS.
– Сейчас мы выполняем ряд работ, которые прежде всего позволят поднять суммарную энергию пучков до 14 ТэВ (до остановки она составляла 8 ТэВ). Эти мероприятия должны полностью завершиться к сентябрю 2014 года. Наш детектор состоит из 11 крупных частей, для начала их предстоит “раздвинуть”, чтобы обеспечить доступ к внутренним узлам установки, – говорит Александр Куренков, один из тех специалистов, кто досконально знает всю “начинку” CMS.
– Будете поднимать эти узлы на поверхность? – поинтересовалась я.
– Нет, это не предусмотрено, к тому же кран, который мог бы выполнить эти операции, давно демонтирован.
Команда Александра Куренкова, или “Сашина команда”, как называют ее в ЦЕРН, это несколько человек, которые занимаются технической поддержкой нынешнего этапа апгрейда, помогают в ремонте всех систем на CMS. Их ближайшая задача – прокладка низковольтных и оптических кабелей, демонтаж старых и установка новых узлов детектора. Все это вызвано необходимостью смены устаревшей электроники, ремонта 72 “замурованных” в детекторе мюонных камер, за работу которых отвечает группа РДМС (в ее составе – ученые из институтов России и стран-участниц ОИЯИ). Еще один вид работ – замена существующих фотодетекторов на современные кремниевые фотоумножители, изобретенные когда-то в России. Затем нужно будет оттестировать всю вновь установленную аппаратуру.
Рассказ о сегодняшних событиях в ЦЕРН продолжает советник споксмена коллаборации CMS Игорь Голутвин:
– Мюонная система очень нуждается в апгрейде. Она должна “видеть” всю картину столкновений частиц, за исключением очень малого конуса, “прижатого” к ускорителю. То есть чем ближе к ускорителю, тем труднее становится задача регистрации мюонов – здесь большие фоновые и радиационные помехи. Но эта область является крайне важной для физики. Сейчас мы делаем попытку насколько возможно приблизить мюонную систему к ускорителю, к пучкам и сделать конусы максимально узкими. Это очень непростая задача, которая требует определенной переделки мюонных камер, изготовленных в Дубне. Все 72 камеры надо будет извлечь, переоборудовать, потом поставить назад. Для выполнения этой работы потребуются десятки специалистов очень высокого класса. В частности, ее можно доверить таким людям, как Александр Куренков, Юрий Ершов – они настоящие спецы своего дела.
Есть на CMS и другие “герои дня”, которые приехали из институтов России. Это физики Виктор Перелыгин и Павел Бунин. Первый – эксперт мюонного детектора, он принимает решения по всем вопросам, касающимся его работы и апгрейда. Второй – “блуждающий форвард” адронного калориметра, к его мнению прислушиваются все, кто связан с функционированием этой системы.
А что же сам ускоритель? Какие работы проводятся в его 27-километровом туннеле? Об этом мы попросили рассказать заместителя споксмена эксперимента CMS Тициано Кампорези.
– Прежде всего, необходимо укрепить сверхпроводящие контакты магнитов, чтобы можно было увеличить ток, а значит, и магнитное поле, – говорит ученый. – В машине их свыше 1200 штук, и все они соединены между собой электрическими кабелями. Недостаточно корректная спайка как раз и вызвала аварию 2008 года, из-за которой мы впоследствии не рискнули выходить на проектные значения тока. Сейчас мы принимаем меры для усиления мест соединения, дополнительно фиксируем их специальными “накладками”. Но у нас есть масса и другой работы. Например, нам придется извлечь электронику, которая находилась в зоне радиации. Как вы знаете, общее количество данных зависит и от того, насколько стабильна машина, и от эффективности столкновений, и от размера пучка. Чем он уже, тем ярче результат. Сегодняшний дизайн Большого адронного коллайдера позволяет достичь размера пучка 3,75 микрометра, но специалисты инжекторного отделения утверждают, что могут уменьшить параметр сжатия в три раза.
Это означает, что по сравнению с первоначальным дизайном машины уже в 2015 году физики будут готовы достичь двукратного увеличения светимости до 2•1034 см–2•с–1, а значит – двукратного увеличения числа взаимодействий частиц в местах столкновений. Хотя первоначально предполагалось, что это удастся только после второй длительной остановки – LS2 – в 2017 году. В данный момент идет проверка “на прочность” экспериментов, которые были спроектированы на номинальную светимость.
Таким образом, в 2015 году, после окончания нынешнего этапа апгрейда, начнется очень интересный период. Физики смогут получать данные при гораздо больших энергиях и светимости. При этом возникнет еще одна задача – их правильной интерпретации.
– Вероятно, это будет время новых открытий и сюрпризов. Каких? – с этим вопросом обращаюсь к Игорю Голутвину.
– Мы время от времени задаем друг другу похожие вопросы, – делится Игорь Анатольевич. – А если по существу, то в ближайшие два года после нынешнего апгрейда мы будем в основном заниматься изучением свойств бозона Хиггса. Сейчас уже ясно, что он открыт, но мы не знаем, какой это бозон – принадлежит ли он Стандартной модели или находится за ее пределами. В этом есть глубокий смысл. Согласно СМ, бозон Хиггса – неделимая бесструктурная частица, придающая массу остальным частицам. Если бозон Хиггса отвечает всем свойствам Стандартной модели, то это означает, что все частицы СМ открыты и она прекрасно работает. Однако мы догадываемся, что теория эта – неполная. В частности, она не учитывает гравитацию. Значит, что-то есть за ее пределами.
Если же в процессе работы мы покажем, что бозон Хиггса не принадлежит Стандартной модели, это может означать, что мы имеем дело с частицей следующего поколения, которая сможет подтвердить существование суперсимметрии. Мое личное мнение такое: сегодня изучение распадов бозона Хиггса – магистральный путь к обнаружению суперсимметрии. Поэтому в первый период работ на LHC после завершения апгрейда и перехода на большую энергию мы будем изучать свойства бозона. Кроме этого, могут забрезжить и новые горизонты – например, обнаружение новых частиц.
Согласен с российским коллегой и лауреат премии Fundamental Physics Prize Джим Верди, руководитель эксперимента CMS в 2008-2009 годах:
– Мы были первопроходцами и поначалу не знали, какой получим результат, так как ничего подобного LHC в распоряжении физиков прежде не существовало. Конструкция эксперимента в значительной степени определялась физической задачей, и открытие бозона Хиггса было главной целью строительства детектора. Однако теперь мы видим, что новые задачи могут оказаться не менее интересными. Надеюсь, обновленной машине они окажутся по силам.

Снимки сделаны во время экскурсии на эксперимент ATLAS.

Светлана Беляева.

Фото автора и Андрея Линде

Нет комментариев