Поиск - новости науки и техники

Российские инженеры оптимизируют “ловушку” элементарных частиц в CERN

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”

Елена Краснова

Нет комментариев