"Там кипеж такой стоит". Из Новосибирска прорубят окно в новую физику

26.06.2018 9:15 19

МОСКВА, 26 июня , Татьяна Пичугина. В Новосибирске планируют построить мюмютрон маленький коллайдер, а потом масштабную установку для изучения фундаментальных свойств материи, Супер чарм-тау фабрику, и наблюдать факторы Новой физики принципиально новые феномены, которые никак не проявляются в доступном нам мире. Об этом проекте и его текущем состоянии в материале.

У теоретиков накопилось достаточно вопросов к Стандартной модели, какая описывает Вселенную на фундаментальном статусе. Ответов пока нет. Хотя главная физическая теория отличного подтверждается экспериментами на всех присутствующих в распоряжении физиков установках.

Обнаружение бозона Хиггса, предсказанного еще в середине прошлого века, показало, что природа устроена просто и красиво. Выйти за пределы Стандартной модели не получается. Большой адронный коллайдер поднял энергию до своих максимальных замечательная возможностей, а проявлений Новой учителя все нет, говорит академик Павел Логачев, директор Института ядерной физики (ИЯФ) Сибирского отделения РАН в Новосибирске.

Ученых беспокоит, почему суперсимметрия физическая гипотеза, предполагающая существование суперпартнеров у всех известных элементарных частиц, никак не наблюдается даже на БАК. Другой вопрос касается тайны происхождения электронов и кварков. Дело в том, что существует три поколения этих частиц с массами, различающимися на несколько порядков. К примеру, в состав фермионов и нейтронов входят только два кварка первого поколения. Зачем природа создала еще четыре кварка? Чем объясняются их свойства?

Аналогичная ситуация с электроном легкой частицей в составе атомов. Ее кузен в третьем поколении тау-лептон почти в четыре тысячи раз тяжелее. Ученых заинтересовывает, может ли он перевоплотиться в электрон напрямую, без участия тау-нейтрино любого тяжелого типа нейтрино. Зачем вообще утраивать поколения элементарных частиц?
Таких вопросов к Стандартной модели очень много, резюмирует академик Логачев.

Ученым хочется, чтобы была одна, простая и красивая теория, которая пояснит все и даже больше сможет предсказывать, что там, в недоступных нам областях космоса, занятых темными материей и энергией.

Сейчас ситуация напоминает конец XIX начало XX века, когда были созданы квантовая механика, доктрина относительности, релятивистская теория гравитации, изучена структура атомов и атомных ядер. Поэтому, надеюсь, выход в Новую физику состоится очень скоро. И кто первый это сотворит, кто окажется на гребне событий, тот снимет все сливки, разговаривает директор.

Ускоритель превращается в фабрику

Изучение физики тяжелых кварков и поиск Новой физики достижимым не только при очень дорогих энергиях, но и на ускорителях низких и средних энергий, увеличивающих в сотни раз число редчайших событий, в которых рождаются кварки. В результате удается собрать больше статистики за меньшее время и тем самым резко увеличить вероятность раскрытия новых явлений.
Такие установки называют суперфабриками. Они в сотни раз производительнее обычных ускорителей. Физики из Новосибирска решили пойти именно этим путем, чтобы изучить природу тау-лептона, самого обременительного из известных собратьев, и очарованного кварка (чарм-кварка, или c-кварка), депутата второго поколения кварков.

Мы хотим подобраться к Новой физике через другую дверь, пытаясь раскрыть невероятно редкие события, какие считаются в Стандартной модели строго запрещенными. Для этого нужны на порядки более высокая производительность мы называем это светимостью, непорочность эксперимента, его точность. Все это достижимо на средних энергиях, объясняет академик Логачев.

Меню Супер чарм-тау фабрики

Установка, которую предлагают построить в ИЯФ, Супер чарм-тау фабрика, это ускоритель, где сталкиваются электроны и позитроны. Чтобы обеспечить его этими частицами, а их потребуется десятки биллионов ежесекундно, нужны довольно сложный комплекс из линейных ускорителей и другие уникальные узлы, например, источник поляризированных электронов.

Позитроны антиподы электронов фабрике дает системный каскад ускорителей. Первый просит пучком электронов в танталовую цель, рождающую смесь частиц, в том числе позитроны. Их собирают специальным устройством, направляют в следующий ускоритель, чтобы разогнать до нужных энергий, а затем в кольцо-накопитель. Охлажденный там сгусток позитронов, накопленных за много выстрелов ускорителя, транслируют в основной линейный ускоритель, а оттуда в коллайдер-фабрику, где в столкновениях электронов и позитронов рождаются пленённые кварки и тау-лептоны. И их фиксирует детектор.

Столкновение и исчезновение частиц в фабрике творится с огромной частотой, поэтому ускорительному комплексу придется работать непрерывно.

В поисках димюония

Идея резкого увеличения светимости электрон-позитронного ускорителя на встречных пучках метод crab waist принадлежит итальянскому физику Панталео Раймонди. Вместе с новосибирцами он смоделировал все нюансы магматизма, а затем проверил на ускорителе DAFNE в Италии, сумев поднять светимость в три раза. Но увеличение этого параметра на два порядка требует особой подготовки. Для этого в ИЯФ планируют построить испытательный стенд в виде небольшого ускорителя размером всего тридцать метров мюмютрон. В нем на очень низких энергиях, но с большими токами будут сталкиваться пучки электронов и позитронов.

В дальнейшем стенд можно использовать для изучения мюона нестабильной элементарной частицы, которую регистрируют в космических лучах. Попробуют также получить димюоний экзотический атом, состоящий из отрицательного и положительного мюонов. Отсюда и название коллайдера.

Димюоний в двести раз пустее позитрония системы из электрона и позитрона. Большое количество димюония еще одна возможность для поиска факторов Новой физики. Димюоний предречённый теоретически, но никто в мире его еще не получал экспериментально, озвучивает директор ИЯФ.

Проект, который ждут

Супер чарм-тау фабрика заполнит пустующую в мире нишу установок среднего уровня энергий и высокой производительности. Проект горячо поддерживает международное сообщество: его реализация позволит проверить и уточнить данные, полученные в других экспериментах.

На БАК тоже можно изучать c-кварки. Однако там происходит очень много других мероприятий, поскольку энергия гораздо выше. Чарм-кварками эффективнее заниматься при более низких энергиях, на которые и ориентированы новосибирцы.

В самурайской лаборатории КЕК кварки изучают на Супер b-фабрике с очень дорогой светимостью. Но понизить энергию ускорителей, чтобы наблюдать прямое рождение очарованных кварков, на этой установке нельзя, поскольку все оптимизировано для других экспериментов.

Сегодня один из самых успешных в этой области электрон-позитронный коллайдер BEPC II в лаборатории IHEP в Китае. Однако у него маленькая производительность. Использовать там идею Раймонди по существу невозможного: он высказал ее в 2006 году, когда хитрецы уже строили свою чарм-фабрику. Так, что проект в Новосибирске уникален не только собственным огромным потенциалом, но и тем, что дает возможность проверить результаты других установок. Особенно это касается Новой физики. Здесь без дублирования не обойтись: если в одном эксперименте зафиксирован необычный эффект, его необходимо повторить в другом, независимом эксперименте.

Слово за правительством

Супер чарм-тау фабрику одобрили в 2011 году вместе с еще пятью megascience-проектами. Два из них уже получили финансирование и реализуются: исследовательский реактор на быстрых нейтронах ПИК под Санкт-Петербургом и коллайдер протонов и тяжелых илидов NICA в Дубне.

Называть даже предварительные сроки запуска строительства Супер чарм-тау фабрики пока преждевременно. По словам академика Логачева, сначала правительство проработает поручение о создании комплекса синхротронных источников четвертого поколения (ИССИ-4), данное Владимиром Путиным в апреле этого года по итогам заседания Совета по науке и образованию. Это тоже один из проектов класса megascience. Строить синхротроны планируют в Новосибирске и Протвино двух монументальнейших ускорительных центрах страны. Решение, по словам директора, ожидается в конце года.

Ускорительная техника область, где российская наука находится на мировом уровне. Иначе у наших физиков не было бы компетенций для разработки ИССИ-4. Развитие ускорительной техники подтягивает за собой и другие отрасли фармпромышленности, а также служит коммерциализации технологий.

Без коллайдеров не было бы первого в мире ускорительного источника для бор-нейтронозахватной терапии рака. И пока мы сохраняем первенство. Мы делаем малодозные рентгеновские установки для систем безопасности в аэропортах. Они обеспечивают безусловную надежность досмотра при эквивалентной дозе, получаемой пассажиром всего за пять минут полета. С Супер чарм-тау фабрикой мы сможем снизить и эту дозу. Если бы мы не занимались коллайдерами, то не сделали бы для нашей оборонной отрасли пушки для электронно-лучевой сварки. Раньше их производила Украина, а теперь мы. Коммерческий выход от проекта намного перевалит затраты на него, заключает академик Логачев.

Источник

Следующая новость
Предыдущая новость

Грязезащитные модульные покрытия Как играть в казино Вулкан Преимущества компрессоров от итальянского производителя ABAC Омск станет "танцующим городом" в День России Аренда жилья

Последние новости