Інженери оптимізують «пастку» елементарних частинок в CERN

Alex Alex 04 грудня 2019

Інженери оптимізують «пастку» елементарних частинок в CERN
Група молодих вчених НИТУ «Місіс» розробила прототип принципово нової «пастки» елементарних частинок для детектора LHCb в CERN, що займається пошуком «темної матерії». Новий пристрій, що виконує роль абсорбера елементарних частинок, набагато стійкіше до високої радіації, випромінюваної працюючим детектором. Це дозволить збільшити потік елементарних частинок, і в перспективі — отримати нові явища при експериментах з мезонами. Що за «темна матерія», і в чому особливість нового абсорбера – в нашій статті.


Близько чверті всієї маси Всесвіту становить так звана «темна матерія». Причому темної її прозвали зовсім не із-за кольору – справа в тому, що досі вчені знають про неї дуже мало, вона недоступна для прямого спостереження, і проявляє себе виключно в гравітаційному впливі з космічними тілами. Широке поширення термін отримав в 1933 році завдяки американському астрофізику Фріцу Цвикки. Він підрахував, що швидкість руху галактик у скупченні «Волосся Вероніки» куди вище, ніж повинна була б бути з урахуванням маси всіх вхідних у нього зірок. Це й дозволило припустити наявність «темної конячки» – незримою матерії, що надає прямий вплив на гравітаційне взаємодія космічних тел. Пізніше подібні гравітаційні парадокси були зафіксовані і в інших галактиках, а явище гіпотетичної «темної матерії» міцно вкоренилося в астрофізиці. Минуло понад 80 років, а експериментально виявити темну матерію так і не вдалося. На сьогоднішній день її пошуки – одна з основних завдань вчених, що працюють на детекторі LHCb в CERN.

LHCb — великий детектор частинок в CERN, створений для вивчення розпадів B-мезонів, тобто частинок, що містять b-кварк (так званий «чарівний» кварк). У цих частинках сильніше за все виявляється дуже важливе, але досі погано вивчене фізичне явище — порушення CP-симетрії. Це явище призводить до того, що картина розпадів частинок і античастинок злегка розрізняється, темна матерія куди-то зникає. Саме її пошуками і займаються вчені в рамках проекту LHCb.

Img0017

Установка LHCb

Порушення CP-симетрії відіграє важливу роль в теоріях космології, які намагаються пояснити перевагу матерії над антиматерией в нашій Всесвіту.

Група матеріалознавців і інженерів НИТУ «Місіс» спільно з колегами з CERN (Женева, Швейцарія) розробила прототип нового абсорбера частинок. Його роль — поглинати певних режимах розігнані до високої швидкості частинки і фіксувати так звану електронну лавину, яка утворюється від зіткнення частинок з речовиною абсорбера. Зараз ця частина детектора являє собою ряд паралельно розташованих пластин зі свинцю, а між ними — люминисцирующие «прошарку».

Нова схема передбачає принципово інший підхід. У створеному прототипі «сендвіч» з панелей замінюється на «соти». Стінки складаються з вольфраму, а клітинки складають майже прозорі кристали граната. Така структура дозволяє витримати ще більш високі радіаційні навантаження.

photo-2019-11-22-15-50-25

Прототип абсорбера

«Створити такий прототип вже саме по собі досить серйозна материаловедческая завдання, — розповідає одна з учасниць проекту, доцент кафедри металургії сталі, нових виробничих технологій і захисту металів НИТУ „Місіс“, к. х. н Дар'я Стрекалина. — Основа абсорбера зроблена методом електроерозійної різання вольфрамових пластин, що не так просто, враховуючи твердість і крихкість вольфраму. Гранатові кристали важко піддаються різанню і не проводять електрику, тому до них неможливо застосувати ті ж методи».


photo-2019-11-22-15-50-11

В даний час детектор LHCb закритий на плановий технічний ремонт, пов'язаний з тим, що опромінення важкими частинками — невід'ємна частина всіх експериментів — піддає серйозної деградації матеріали, з яких він виготовлений. Цей період активно використовується для оптимізації і поліпшення деталей і вузлів складного пристрою.

Створений прототип був протестований на прискорювачі в центрі DESY (Гамбург) у листопаді 2019. Попередні результати експерименту показали можливість використання технології в модернізованому детекторі LHCb.

Оптимізація адсорбера — лише один з низки спільних проектів НИТУ «Місіс» та Європейської організації з ядерних досліджень. Інженери і вчені НИТУ «Місіс» проектують і розробляють унікальні радіаційно-стійкі кремнієві сенсори для детектора LHCb. Для ще одного детектора CERN, SHiP, дослідники створюють прототипи надпровідних елементів магнітів, а також моделюють так звану камеру розпаду, де відбуватимуться головні події» експерименту SHiP, які пов'язані з потенційним виникненням нових частинок.

Source: habr.com

Коментарі (0)

    Ще немає коментарів

Щоб залишити коментар необхідно авторизуватися.