Новости

Специалисты из Института ядерной физики СО РАН собрали прототип особой системы охлаждения для ускорителя антиматерии HESR, который будет построен в Дармштадте для изучения секретов экзотических ядер. Об этом рассказывает пресс-служба заведения.

"Если кулер для HESR будет построен – это будет абсолютный рекорд среди установок такого класса. Пока мы сделали только прототип, одну секцию на 600 киловольт. Для системы охлаждения на 10 МэВ потребуется 15 таких секций, которые будут установлены друг на друга. На старых принципах такую установку сделать невозможно", – рассказывает академик Василий Пархомчук, ведущий научный сотрудник ИЯФ СО РАН.

Кольцо ускорителя HESR будет построено в ближайшие 10-15 лет на площадке Центра по изучению ионов и антипротонов (FAIR), сооружение которого началось в 2010 году на территории немецкого Дармштадта. На его создание будет потрачено свыше 1,6 миллиарда евро, а также усилия примерно трех тысяч ученых, в том числе и российских инженеров и физиков.

В этом ускорителе будут сталкиваться очень узкие, но при этом плотные пучки тяжелых ионов и антипротонов, чья взаимная аннигиляция поможет физикам заглянуть внутрь ядер сверхтяжелых атомов, изучит их структуру и понять, что удерживает их от распада.

Одной из самых важных частей этого ускорителя, как отмечает Пархомчук, станет так называемый "холодильник" – особая установка, которая будет "сжимать" пучки ионов, охлаждая их до более низких температур. Сжатие пучков ускорит накопление частиц в кольце HESR и позволит ученым получать более четкую картинку при изучении тайн микромира.

Подобное охлаждение осуществляется не путем снижения температуры в ускорителе, а при помощи специального устройства, вырабатывающего узкие пучки электронов, движущихся с той же скоростью, что и разгоняемая материя. Они "врезаются" в облако ионов и сталкиваются с ними, что приводит к тому, что электроны разгоняются еще сильнее, а самые быстрые ионы тормозятся.

В результате этого возникает очень однородный и узкий пучок частиц, с которым гораздо проще работать, чем с хаотичным "облаком" из ионов или частиц антиматерии, которое возникает при их разгоне в других частях ускорителя и расширяется на весь его "тоннель".

Для повышения качества работы подобного "холодильника" и понижения уровня помех, российские физики построили его на базе полностью "беспроводных" компонентов. Электроэнергия, необходимая для работы его магнитов, вырабатывается при помощи особой газовой турбины, в которую непрерывно закачивается инертный газ, а его работой физики будут управлять при помощи радиосигналов.

Если все тесты прототипа в России завершатся удачно, то в Германии первую секцию "холодильника" установят в огромную бочку, наполненную специальным газом. Когда HESR построят, он будет содержать в себе 15 подобных модулей. Высота полной версии кулера будет составлять около 12 метров, а его диаметр – 4 метра.

Помимо системы охлаждения, ИЯФ СО РАН разрабатывает и изготавливает для FAIR специальные фокусирующие магниты и высокочастотные системы, а российские ученые будут участвовать в ведении экспериментов на этом коллайдере.

БАК нашел следы "новой физики" в поведении самых тяжелых частиц

Анализ последних данных экспериментов на БАК указал на расхождения в поведении топ-кварков, самых тяжелых элементарных частиц, и тем, что предсказывает Стандартная модель физики. Выводы ученых ЦЕРН были представлены на ежегодной конференции ICHEP в Сеуле.

Большой адронный коллайдер завершил первый цикл своей работы в феврале 2013 года, когда самый мощный ускоритель на Земле был впервые отправлен на длительные "каникулы". В рамках этого этапа БАК удалось решить свою главную задачу – найти бозон Хиггса, особую частицу, отвечающую за массу всех объектов во Вселенной.

Открытие "частицы Бога", как отмечают исследователи, не закрыло всех пробелов в Стандартной модели физики. К примеру, многие свойства топ-кварков, самых тяжелых элементарных частиц, в том числе их точная масса и то, как сильно они взаимодействуют с другими "жителями" микромира, остается загадкой для ученых.

Участники коллаборации ATLAS пытались измерить одно из подобных свойств —  то, в какую сторону "закручен" топ-кварк в момент его рождения, наблюдая за тем, как "закручены" продукты его распада. В отличие от других типов элементарных частиц, он распадается так быстро, что не успевает провзаимодействовать с другими объектами.

В результате этого его изначальный спин, степень "закрученности", передается частицам, появившимся на свет на месте топ-кварка. Это, в свою очередь, позволяет узнать, как, когда и где рождаются пары из топ-кварков и антикварков, главный источник этих сверхтяжелых частиц в БАК, и понять, возникают ли они так, как это предсказывает Стандартная модель физики.

Как отмечает Райнхильд Питерс (Reinhild Peters), один из участников ATLAS, научная команда БАК заметила небольшие намеки на существование аномалий в этом свойстве топ-кварка еще до перезапуска коллайдера в 2015 году, что побудило ее провести дополнительные эксперименты в последующие годы.

Анализируя новые данные, ученые начали замечать расхождения между реальностью и предсказаниями Стандартной модели при распадах топ-кварков, которые вели к формированию пар двух типов частиц – "легких" электронов или позитронов, а также положительно или отрицательно заряженных мюонов и антимюонов.

В целом, данные показывают, что спины кварков и антикварков оказались связаны слишком сильно, намного больше, чем предсказывает Стандартная модель, что в особенности характерно для сильно разогнанных пар частиц.

Эти расхождения никуда не исчезали по мере накопления новых данных, и их статистическая значимость продолжала расти. Это заставляет ученых надеяться, что подобные аномалии могут быть действительно чем-то новым, а не простым совпадением в данных, как знаменитый сверхтяжелый бозон с массой в 750 ГэВ, "найденный" на CMS и ATLAS в конце 2015 года.

На текущий момент уровень достоверности составляет, по разным оценкам, от 3,2 до 3,9 сигма, что эквивалентно одной случайной ошибке на 400 и 11 тысяч попыток. Когда этот показатель достигнет отметки в 5 сигма, одна ошибка на 1,8 миллиона попыток, то тогда подобная аномалия будет считаться полноценным научным открытием и первым свидетельством существования "новой физики" за пределами Стандартной модели.

Как предполагает Любош Мотль (Lubos Motl), чешский физик-теоретик и популяризатор науки, эти аномалии, скорее всего, окажутся случайным совпадением, однако он не исключает и того, что топ-кварки действительно могут себя вести не так, как предсказывает Стандартная модель физики. Если это так, то в их рождении, как считает ученый, должны участвовать какие-то экзотические частицы без спина, чье существование не предсказывается классической теорией.