Поиск - новости науки и техники

Ловцы отклонений

Сибирские коллайдеры ставят новые рекорды

Нетрадиционно отметили в Институте ядерной физики СО РАН юбилей сразу двух ускорителей: в 1979 году был введен в эксплуатацию электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-4, двадцать лет спустя началась модернизация комплекса ВЭПП-2М в ВЭПП-2000. Обычно к юбилейным датам созывают научную конференцию или семинар, но по предложению молодых ученых доклады заменили пресс-туром для новосибирских журналистов, а банкет – вечерним концертом «Рок на высоких энергиях», прошедшим непосредственно на территории, в общем-то, закрытого для широкой публики Института ядерной физики.
Уникальная научная установка «Комплекс электрон-позитронных коллайдеров ВЭПП-4 – ВЭПП-2000» разработана для проведения экспериментов по физике высоких энергий. В частности, физико-технические параметры коллайдера ВЭПП-4М с универсальным детектором элементарных частиц КЕДР позволяют измерять массы элементарных частиц с чрезвычайно высокой точностью. Комплекс включает в себя электрон-позитронные коллайдеры ВЭПП-4М с детектором частиц КЕДР и ВЭПП-2000 с детекторами КМД и СНД, накопитель электронов/позитронов ВЭПП-3 и инжекционный комплекс для производства пучков позитронов и электронов высокой интенсивности. Это единственный в России комплекс установок со встречными пучками.

В юбилейный год на коллайдерах удалось получить значительные результаты. Так, с рекордной точностью измерена величина R в области энергии 1,84-3,72 ГэВ. Поясним загадочные для неспециалистов формулировки. Голубая мечта любого физика – найти отклонение от Стандартной модели (СМ). Со времен Альберта Эйнштейна, например, ученым не удается описать на квантовом уровне одно из четырех известных взаимодействий – гравитационное (три других – электромагнитное, слабое и сильное – объяснены). Напомним, что при столкновении встречных пучков электронов и позитронов эти частицы аннигилируются и рождаются другие. Предполагается, что при сверхредких распадах и в прецизионных измерениях при низких энергиях, доступных в эксперименте, могут наблюдаться отклонения измеренных величин от рассчитанных в рамках Стандартной модели значений. Такие отклонения могли существовать и при сверхвысоких энергиях, характерных для ранней стадии расширения Вселенной. Один из способов «поймать» отклонения – сверхточное измерение величины аномального магнитного момента мюона (более тяжелого собрата электрона).

– Для сравнения результатов экспериментов с предсказаниями СМ необходимо, например, точно учесть вклад адронной поляризации вакуума, – пояснил журналистам старший научный сотрудник ИЯФ, кандидат физико-математических наук Корнелий Тодышев. – Такое знание может быть получено только экспериментально путем измерения сечения электрон-позитронной аннигиляции в адроны (та самая величина R). В недавнем эксперименте на коллайдере ВЭПП-4М с помощью детектора КЕДР удалось измерить вышеупомянутую величину с лучшей в мире точностью.
Экспериментальное измерение аномального магнитного момента мюона проводилось в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL, США) в 1997-2001 годах. Тогда было зафиксировано небольшое отличие (3,5-4 стандартных отклонения) измеренного значения аномального магнитного момента мюона от проведенных в рамках СМ вычислений (для которых, кстати, использовались данные, полученные в экспериментах ИЯФ на предыдущем коллайдере ВЭПП-2М). Сейчас готовятся два новых эксперимента: в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми в США и на японском протонном ускорительном комплексе J-PARC. Разница всего лишь в 5 стандартных отклонений уже позволит говорить о существовании новой физики. Однако для получения результатов особенно важно уточнить вклад сильных взаимодействий, связывающих между собой кварки, в аномальный магнитный момент мюона в диапазоне энергий до 2 ГэВ. В этой области работает коллайдер ВЭПП-2000. Чувствительность детекторов машины настолько велика, что позволяет регистрировать очень редкие процессы.

– Измеряя аннигиляцию электронов и позитронов на ВЭПП-2000, мы позволяем теоретикам очень точно рассчитать вклад адронной поляризации вакуума (процесса, относящегося к сильным взаимодействиям) в аномальный магнитный момент мюона и сравнить с прямыми измерениями. Наша задача – измерить все, что рождается при столкновении электронов и позитронов. Несовпадение полученных данных с СМ может быть связано с темной материей, наличие которой Стандартная модель не объясняет. В 2019 году мы впервые измерили в электрон-позитронной аннигиляции рождение семи пионов (пи-мезонов) – очень редкий процесс, – подчеркнул главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Евгений Солодов.
Для поддержания работы двух коллайдеров, о которых идет речь, необходимо круглосуточно снабжать их электронами и позитронами. Долгое время на каждой установке работал автономный источник частиц, но в 2015 году был запущен мощный источник пучков заряженных электронов и позитронов инжекционный комплекс ВЭПП-5. На экскурсии журналисту «Поиска» удалось лично отправить пучок электронов на коллайдер. Правда, сегодня процесс этот полностью автоматизирован и «запуск» ограничился движением мышки.
А закончился пресс-тур торжественным вручением дипломов аспирантам Института ядерной физики под звуки уже других установок – ударных. В рок-концерте приняли участие не только профессиональные новосибирские коллективы, но и любители из числа сотрудников ИЯФ.

Ольга Колесова

Нет комментариев