02.12.2019
В крупнейшей в мире лаборатории физики высоких энергий Европейской организации по ядерным исследованиям CERN есть крупный детектор элементарных частиц LHCb, созданный для изучения распадов B-мезонов — частиц, содержащих b-кварк (его еще называют «прелестный» кварк). В этих частицах сильнее всего проявляется важное, но до сих пор плохо изученное физическое явление – нарушение CP-симметрии.
Это явление приводит к тому, что картина распадов частиц и античастиц несколько различается, «темная материя» куда-то исчезает. Ее поисками и занимаются ученые в рамках проекта LHCb. Нарушение CP-симметрии играет важную роль в теориях космологии, которые пытаются объяснить превосходство материи над антиматерией в нашей Вселенной.
Группа материаловедов и инженеров НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из CERN (Женева, Швейцария) разработала прототип нового принципиально новой «ловушки» элементарных частиц (абсорбера частиц) для детектора LHCb, занимающегося поиском «темной материи». Роль детектора – в определенных режимах поглощать разогнанные до высокой скорости частицы и фиксировать так называемую электронную лавину — она образуется от столкновения частиц с веществом абсорбера. Сейчас эта часть детектора представляет собой ряд параллельно расположенных пластин из свинца, а между ними – люминисцирующие «прослойки».
Новая схема предполагает принципиально иной подход. В созданном прототипе «сэндвич» из панелей заменяется на «соты». Стенки состоят из вольфрама, а ячейки составляют почти прозрачные кристаллы граната. Такая структура позволяет выдержать еще более высокие радиационные нагрузки.
«Создать такой прототип уже само по себе довольно серьезная материаловедческая задача, – рассказывает одна из участниц проекта, доцент кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов НИТУ «МИСиС» к.х.н Дарья Стрекалина. – Основа абсорбера произведена методом электроэрозионной резки вольфрамовых пластин, что не так просто, учитывая твердость и хрупкость вольфрама. Гранатовые кристаллы тяжело поддаются резке и не проводят электричество, поэтому к ним невозможно применить те же методы».
Облучение тяжелыми частицами – неотъемлемая часть всех экспериментов — подвергает серьезной деградации материалы, из которых изготовлен изготовлен детектор LHCb. Поэтому сейчас он закрыт на плановый технический ремонт. Этот период активно используется для оптимизации и улучшения деталей и узлов сложнейшего устройства.
Созданный прототип в ноябре 2019 был протестирован на ускорителе в центре DESY (г. Гамбург. Германия), предварительные результаты которого показали возможность использования технологии в модернизированном детекторе LHCb. Оптимизация адсорбера – лишь один из ряда совместных проектов НИТУ «МИСиС» и Европейской организации по ядерным исследованиям. Инженеры и ученые НИТУ «МИСиС» проектируют и разрабатывают уникальные радиационно-стойкие кремниевые сенсоры для детектора LHCb. Для детектора SHiP исследователи создают прототипы сверхпроводящих элементов магнитов, а также моделируют так называемую камеру распада, где будут происходить главные «события» эксперимента SHiP, которые связаны с потенциальным возникновением новых частиц.
Часть прототипа детектора. Фото: Пресс-служба НИТУ «МИСиС»
Нет комментариев