Коллайдер станет ещё мощнее
Коллайдер станет ещё мощнее
// Как российские учёные модернизируют самую знаменитую физическую установку планеты
Большой адронный коллайдер — настолько сложная и дорогая штука, что работать над ним можно только привлекая лучших специалистов, в том числе из России. Недавно в ЦЕРНе прошли успешные испытания одной из секций линейного ускорителя ионов Linac‑4 — нового инжектора БАК. Получена энергия в 100 миллионов электрон-вольт. Оборудование для Linac‑4 разработано и изготовлено «под ключ» в России — специалистами Института ядерной физики им. Г. И. Будкера (Новосибирск) и Всероссийского НИИ технической физики им. академика Е. И. Забабахина (Снежинск, Челябинская область). Запуск нового инжектора — часть модернизации БАК, которая, как ожидается, позволит более чем вдвое увеличить производительность установки.
Прежде чем попасть в большое кольцо коллайдера, заряженные частицы проходят через инжекционный комплекс. Эта система состоит из источника протонов, линейного ускорителя и трёх накопительных колец, в каждом из которых скорость частиц увеличивается в несколько раз.
Светимость — это не совсем про свет. Речь идёт о количестве столкновений частиц за единицу времени, происходящих на определённой площади сечения поперечного пучка. Важная характеристика производительности коллайдера.
Линейный ускоритель Linac‑2 представляет собой напичканную электроникой трубу длиной 36 метров. В этом году он вывел коллайдер на максимальную мощность, но для работы с более серьёзными параметрами не годится. Скоро его заменит суперсовременный Linac‑4. Энергия нового ускорителя будет втрое больше, чем у предшественника. Это позволит вдвое увеличить светимость. А значит, вырастут шансы обнаружить новые частицы и редкие процессы.
В создании Linac‑4 принимали участие Институт ядерной физики СО РАН и Всероссийский НИИ технической физики. Российская команда создавала один из четырёх участков ускорителя с энергией от 50 до 102 МэВ. На этом отрезке находятся более 20 высокочастотных резонаторов, между которыми расположены магнитные линзы, фокусирующие пучки частиц.
Специалисты ВНИИ технической физики изготовили корпуса резонаторов и ячеек связи, используя, в частности, технологию электрохимического нанесения меди толщиной 30–50 микрон на нержавеющую сталь. Помимо прочного сцепления с подложкой это покрытие должно обладать хорошей электропроводностью и удовлетворять требованиям высокого вакуума.
— Сотрудничество с Россией по этому проекту продолжалось более десяти лет. Оно началось с изготовления и испытания прототипов и завершилось созданием первых в мире действующих ускоряющих структур такого типа. Это один из самых успешных и эффективных совместных проектов за время моей работы над коллайдером, — комментирует Франк Герик, координатор работ со стороны Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН).
Кроме новосибирского Института ядерной физики с ЦЕРНом сотрудничают Курчатовский институт, МФТИ, МИФИ, МИСиС, дубнинский Объединённый институт ядерных исследований, Томский политехнический университет.
Другая задача, которую решали российские специалисты, заключалась в замене сверхпроводящих магнитов. Их в коллайдере тысячи — они удерживают частицы внутри ускорителя. Поскольку при повышении энергии пучки будут двигаться быстрее, индукцию магнитов необходимо усилить до 11 тесла. Для сравнения: естественное поле Земли равняется примерно 0,0005 тесла.
Стандартная модель — это что-то вроде конструктора Lego, где вместо кубиков — элементарные частицы (кварки, электроны, нейтрино и др.) и фундаментальные взаимодействия (например, слабое, сильное и др.).
— Мы будем использовать новый сплав — не ниобиево-титановый, который выдерживает поле мощностью до 9 тесла, а титаново-оловянный. Нам необходимы новые конструкционные жаропрочные материалы. В конце концов они найдут применение и в массовой промышленности, — объясняет Фредерик Бордри, директор ЦЕРНа по ускорителям и технологиям.
Модернизация Большого адронного коллайдера продлится до 2024 года, после чего установка проработает ещё около десяти лет. Далее её сменит новый стокилометровый ускоритель FCC — Future Circular Collider. Думается, российские специалисты и в его создании поучаствуют.
Чем больше энергия ускорителя, тем больше новых данных, а значит, и шансов заглянуть за пределы Стандартной модели.
Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №11 (25) за ноябрь 2016 г.
Подписаться на «Кота Шрёдингера»
