Инженеры оптимизируют «ловушку» элементарных частиц в CERN

    Группа молодых ученых НИТУ «МИСиС» разработала прототип принципиально новой «ловушки» элементарных частиц для детектора LHCb в CERN, занимающегося поиском «темной материи». Новое устройство, выполняющее роль абсорбера элементарных частиц, гораздо более устойчиво к высокой радиации, излучаемой работающим детектором. Это позволит увеличить поток элементарных частиц, и в перспективе — получить новые явления при экспериментах с мезонами. Что за «темная материя», и в чем особенность нового абсорбера – в нашей статье.

    TUNNEL3-D-V2a-COMPO-smooth-panoramic-montage

    Около четверти всей массы Вселенной составляет так называемая «темная материя». Причем темной ее прозвали вовсе не из-за цвета – дело в том, что до сих пор ученые знают про нее крайне мало, она недоступна прямому наблюдению, и проявляет себя исключительно в гравитационном воздействии с космическими телами. Широкое распространение термин получил в 1933 году благодаря американскому астрофизику Фрицу Цвикки. Он подсчитал, что скорость движения галактик в скоплении «Волосы Вероники» куда выше, чем должна была бы быть с учетом массы всех входящих в него звезд. Это-то и позволило предположить наличие «темной лошадки» – незримой материи, оказывающей прямое влияние на гравитационное взаимодействие космических тел. Позднее подобные гравитационные парадоксы были зафиксированы и в других галактиках, а явление гипотетической «темной материи» прочно укоренилось в астрофизике. Прошло более 80 лет, а экспериментально обнаружить темную материю так и не удалось. На сегодняшний день ее поиски – одна из основных задач ученых, работающих на детекторе LHCb в CERN.

    LHCb — крупный детектор элементарных частиц в CERN, созданный для изучения распадов B-мезонов, то есть частиц, содержащих b-кварк (так называемый «прелестный» кварк). В этих частицах сильнее всего проявляется очень важное, но до сих пор плохо изученное физическое явление — нарушение CP-симметрии. Это явление приводит к тому, что картина распадов частиц и античастиц слегка различается, темная материя куда-то исчезает. Именно ее поисками и занимаются ученые в рамках проекта LHCb.

    Img0017

    Установка 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 абсорбера частиц. Его роль — поглощать определенных режимах разогнанные до высокой скорости частицы и фиксировать так называемую электронную лавину, которая 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.

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

    Прототип абсорбера

    «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».


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

    В настоящее время детектор LHCb закрыт на плановый технический ремонт, связанный с тем, что облучение тяжелыми частицами — неотъемлемая часть всех экспериментов — подвергает серьезной деградации материалы, из которых он изготовлен. Этот период активно используется для оптимизации и улучшения деталей и узлов сложнейшего устройства.

    Созданный прототип был протестирован на ускорителе в центре DESY (Гамбург) в ноябре 2019. Предварительные результаты эксперимента 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 еще одного детектора CERN, 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.
    НИТУ «МИСиС»
    54,58
    Образование и наука
    Поделиться публикацией

    Комментарии 11

      +1
      Новое устройство, выполняющее роль абсорбера элементарных частиц, гораздо более устойчиво к высокой радиации, излучаемой работающим детектором.

      То есть речь про вред для детектора уже от ливня частиц, который получается после попадания продуктов распада в детектор?

      Хотя нет, «абсорбер» в Вашем описании — это просто детектор, который поглощает частицы.

      P.S. А ремонт вроде как должен затянуться:
      nplus1.ru/news/2019/11/26/lhc-delay
      Хотя нет, это затянется следующий сеанс Run 3.
        +1
        Да, в данном случае детектором мы назвали электромагнитный калориметр, который поглощает частицы и позволяет измерять световыход.
        –2
        Все это может быть интересно, но в стране 70% домов не имеют тёплого туалета, а 30% отапливаются дровами.
          +2
          В следующий раз сразу обратимся к аудитории словами Маяковского: «Вам, проживающим за оргией оргию, имеющим ванную и теплый клозет!». )))
            –1
            Минусов понаставили те у кого дома есть тёплый туалет. Вот бегали бы зимой на очко, вмиг мнение поменяли бы.
              +3
              Да чего уж там, минусов понаставили те, у кого есть интернет.
            +1
            Основа абсорбера произведена методом электроэрозионной резки вольфрамовых пластин, что не так просто, учитывая твердость и хрупкость вольфрама.

            При электроэрозионной резке как раз твердость и хрупкость вообще никакой роли не играют — там важно только наличие электропроводности. И ЭЭ резка вольфрама не сложнее ЭЭ резки обычной стали.
              0
              Густав Роберт Кирхгоф, физик: «Нет ничего практичней хорошей теории» (к поиску частиц тёмной материи).

              Понятие «скрытая масса», позднее переименованное в «тёмную материю», родилось в то время, когда в умах учёных скопления галактик разлетались по инерции от Большого Взрыва. Объяснить плоскую шкалу скоростей звёзд в галактиках тогда могла объяснить только незримая тёмная материя (ТМ), причём расположенная в виде галактического гало. Со временем это понятие прочно укрепилось в научном и общественном массовом сознании.

              Но вот стало известно, что космическое пространство — не пустота, а энергетически плотная расширяющаяся среда, которая и раздвигает скопления галактик. Говорят, что пространство содержит тёмную энергию. Почему же её не использовали для объяснения высоких скоростей вращения галактик и других явлений, требующих усиления гравитации? Ведь если гало из ТМ дополнительно притягивает звёзды и не даёт им вылететь из галактик, то межгалактическое пространство, расширяясь вовнутрь галактик, будет сообщать звёздам то же самое дополнительное центростремительное ускорение.

              Это как при вращении колеса с грузами, скользящими по спицам. ТМ здесь — это дополнительные пружины, работающие на растяжение и соединяющие центр колеса и грузы. Благодаря им грузы удерживаются на своих орбитах и не соскальзывают по спицам к ободу колеса. Но с тем же эффектом их можно заменить на пружины, работающие на сжатие и соединяющие обод колеса и грузы. И всё, тёмную материю можно отсекать как лишнюю сущность.

              Но есть нюанс. Мы не знаем природу гравитации и не вникаем в неё. Поэтому тупо добавляем невидимую ТМ к обычной материи — столько, сколько нужно для усиления гравитации и совпадения расчётов с наблюдениями. А если допустить, что вместо ТМ дополнительное центростремительное ускорение создаёт пространство, которое расширяется и втекает в галактики, то придётся объяснить, куда оно там девается. И нет другого объяснения, кроме поглощения этой среды материей с выводом её неизвестно куда.

              Впрочем, куда выводится поглощаемое материей пространство — это вопрос второго порядка. Он стоит в ряду с вопросами — откуда вообще взялось пространство нашей Вселенной и откуда оно постоянно и повсеместно пополняет свою энергетическую плотность, которая не падает как плотность обычных сред при их расширении. Эти вопросы требуют отдельного решения (на качественном уровне оно уже есть).

              Галактики и их скопления поглощают всё пространство, которое образуется в них и притекает к ним из-вне. Поэтому сами они не расширяются. Но пространства между скоплениями и сверхскоплениями галактик образуется больше, поэтому оно расширяется, создавая ячеистое распределение материи во Вселенной.

              Не лучше ли перенаправить усилия физиков с поисков частиц тёмной материи на создание поглотительной теории гравитации? На принципе поглощения квантами материи квантов пространства лучше строить и квантовую теорию гравитации. Тем более, что её предполагавшаяся основа — струнная теория — провалилась на БАКе.
                0
                струнная теория — провалилась на БАКе

                Где пруфы?
                  0
                  Известно, что составной частью струнной теории является теория суперсимметрии. Также известно, что последняя провалилась на БАКе. Об этом было написано, например, здесь: habr.com/ru/post/397363
                  Надо было написать чуть длиннее, но точнее:… струнная теория — потеряла в доверии из-за провала на БАКе своей составной части — SUSY.
                    0
                    Частично согласен. MSSM фактически провалилась. Можно ли построить теорию суперструн на какой-то другой теории суперсимметрии — это я не знаю.

              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

              Самое читаемое