БАК наступает на Ейнштейна

 

Электрино:  масса 6,8557572*10^-36 кг и заряд +1,9876643*10^-12 Кл.

 

Ученые-физики впервые в истории зарегистрировали "призрачные" частицы нейтрино, порожденные при столкновениях внутри Большого Адронного Коллайдера (БАК), самого большого и мощного ускорителя частиц на сегодняшний день. Контрольные сигналы, свидетельствующие о наличии этих частиц, были зарегистрированы датчиками эксперимента FASER. А дальнейшее изучение событий и собранных данных позволит ученым лучше понять некоторые аспекты физики элементарных частиц.

Напомним нашим читателям, что нейтрино - это очень легкие элементарные частицы, не имеющие электрического заряда, которые крайне редко взаимодействуют с частицами обычной материи. Редкость взаимодействий делает процесс обнаружения нейтрино весьма сложным даже при условии, что такие частицы являются весьма распространенными и их огромное количество, исчисляющееся миллиардами, проходит через тело человека каждую секунду. Именно из-за такой неуловимой природы нейтрино называют призрачными частицами.

Частицы нейтрино вырабатываются в огромных количествах в недрах звезд, в квазарах, при взрывах сверхновых, при распаде радиоактивных элементов и даже при взаимодействии космических лучей с атомами верхних слоев земной атмосферы. Также частицы нейтрино, согласно теориям, должны вырабатываться в достаточно больших количествах в таких ускорителях, как БАК, но для их обнаружения требуется установка соответствующих датчиков и инструментов.

И в 2018 году рядом с коллайдером был установлен "правильный" инструмент FASER, предназначенный именно для обнаружения частиц нейтрино. За все время периода работы коллайдера датчики этого инструмента зарегистрировали шесть случаев прохождения через них частиц нейтрино.

Оборудование и датчики инструмента FASER расположены на удалении 480 метров от точки столкновения лучей протонов в туннеле коллайдера. Датчики состоят из свинцовых и вольфрамовых пластин, между которыми находится слой специальной эмульсии. Когда частицы нейтрино сталкиваются с ядрами атомов в пластинах из плотного металла, возникает поток вторичных частиц, которые движутся сквозь слой эмульсии и оставляют за собой характерные следы. И за все время при помощи эмульсии было зарегистрировано шесть соответствующих следов нейтрино.

Собрав всю необходимую информацию, группа эксперимента FASER готовит теперь новый датчик нейтрино, более массивный и гораздо более чувствительный. Этот новый датчик, FASERnu, будет весить 1090 килограмм, для сравнения, вес первого датчика составляет всего 29 килограмм. А более высокая чувствительность позволит не только регистрировать большее количество частиц, но и идентифицировать типы нейтрино и антинейтрино, которые в науке называют термином "аромат".

Ученые рассчитывают, что при помощи нового датчика им удастся зарегистрировать порядка 10 тысяч частиц нейтрино во время очередного периода работы коллайдера, который начнется в 2022 году. "Мы надеемся, что нам удастся поймать самые высокоэнергетические нейтрино, которые были порождены в недрах источника, созданного человеком, другими словами, частицы нейтрино искусственного происхождения" - пишут исследователи.

 

 

А это готовится новая система датчиков. Половина работы уже сделана. Сразу понятно, что на такое развитие исследований на БАКе ученые не рассчитывали. Нейтрино стала королевой исследований. А нам известна масса тихоходного электрино - нейтрино, её заряд и все остальные характеристики.

 

Muon New Small Wheel - новая система датчиков, которая позволит обновленному коллайдеру работать на полную мощность

Модернизация Большого Адронного Коллайдера под названием High-Luminosity upgrade (HL-LHC) кардинально увеличит количество и темп столкновений протонов в области датчиков эксперимента ATLAS, что даст возможность ученым-физикам исследовать некоторые из самых редких и экзотических явлений и процессов во Вселенной. Однако, такое увеличение мощности коллайдера подразумевает такое повышение уровня радиации и увеличение количества данных с которыми старые датчики эксперимента попросту не смогут справиться. Для решения этой проблемы прямо сейчас на коллайдере ведется сборка и монтаж новой системы датчиков, получившей название Muon New Small Wheel (NSW), которая является результатом десятилетия проектно-конструкторских работ.

Система NSW состоит из двух идентичных датчиков, имеющих форму большого колеса, которые устанавливаются на противоположных сторонах экспериментальной камеры эксперимента ATLAS. Датчики NSW получили свое название по аналогии с предыдущими датчиками, которые имели диаметр 25 метров и назывались "большими колесами", но каждый из датчиков NSW имеет диаметр 10 метров и весит около 100 тонн.

Но не размер датчика имеет большое значение для ученых. Главное заключается в функциональности, обеспечиваемой двумя инновационными разработками, детекторами двух типов - MM (micromega) и sTGC (small-strip thin-gap chamber). Комбинация двух разных типов детекторов позволит регистрировать и измерять параметры элементарных частиц с более высокой скоростью и в большем динамическом диапазоне, чем это было возможно ранее.

Каждое колесо датчика NSW состоит из 16 секторов, каждый из которых содержит по два слоя детекторов MM и sTGC. Детекторы расположены группами по четыре, что дает всему датчику некоторую полезную избыточность, которая позволит отфильтровать помехи, шумы и случайные события, прослеживая путь частиц-мюонов через объем датчика. Общее количество каналов измерений от датчиков MM равно двум миллионам, а от датчиков sTGC - 350 тысяч.

Отметим, что камеры с датчиками MM и sTGC изготавливались в совершенно различных местах, в институтах, лабораториях и университетах девяти стран: Канады, Чили, Китая, Франции, Германии, Греции, Израиля, Италии и России. Собранные камеры были доставлены в Женеву, где была выполнена тщательная проверка и окончательный монтаж колес датчиков NSW.

Монтаж первого колеса NSW "A" был закончен еще в мае 2021 года, после чего началась процедура его установки под землей. А команда инженеров тем временем приступила к сборке второго колеса NSW "С", которая была завершена 14 октября. За период со 2 июня по 12 октября был проведена процедура демонтажа старых 25-метровых датчиков и подготовка места к установке новых датчиков.

Все процедуры по установке и тестированию датчиков NSW на месте будут завершены к началу третьего периода работы коллайдера Run 3, который стартует в следующем году. Но полностью все их возможности будут раскрыты лишь после очередного периода модернизации, LS3, запланированного на 2025 год, после которого коллайдер HL-LHC выйдет на полную мощность.