Коллайдер станет ещё  мощнее

 Коллайдер станет ещё  мощнее

// Как российские учёные модернизируют самую знаменитую физическую установку планеты
Авторы: По материалам пресс-служб НИТУ «МИСиС» и ­Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН

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.