Ученые Томска и Великобритании присоединятся к «апгрейду» Большого адронного коллайдера

| 1007

Ученые Томского политехнического университета и лондонского университета Роял Холлоуэй (Royal Holloway, University of London, RHUL) будут осуществлять совместную разработку комплекса по измерению протонного пучка самого мощного в мире ускорителя частиц — Большого адронного коллайдера. Разработка позволит измерить параметры пучка на еще более высоких мощностях, чем те, что существуют сегодня.

Фото: news.unl.edu

Скорость частиц в Большом адронном коллайдере на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. Именно с помощью такой большой мощности ученые Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН), на территории которого находится Большой адронный коллайдер (БАК), сумели открыть знаменитый бозон Хиггса.

В ближайшем будущем, с целью продолжения экспериментов на БАК, ученые ЦЕРНа планируют увеличить интенсивность протонного пучка в два раза. Если это сделать сейчас, оборудование не выдержит высокой нагрузки. Поэтому, в настоящее время ЦЕРН вкладывает большие ресурсы в модернизацию оборудования БАК.

Вместе с учеными университета Роял Холлоуэй политехники намерены заняться созданием диагностического оборудования для измерения положения и длины протонного пучка Большого адронного коллайдера.

Совместные исследования будут осуществляться на базе Лаборатории разработки источников электромагнитного излучения Центра RASA при ТПУ.

«Сложность эксперимента на Большом адронном коллайдере заключается в том, что он оснащен сверхпроводящими магнитами. Если пучок направить напрямую в ускоряющую структуру, он ее полностью разрушит. Восстановление стоит нескольких миллионов евро. Этого допустить нельзя. Мы должны точно знать, где в установке находится пучок заряженных частиц, куда он движется, какая у него энергия, длина, поперечные размеры, угловая расходимость. Установить дополнительное оборудование на ускорителе или на пути заряженных частиц — означает исказить траекторию их движения. Главная сложность нашей задачи как раз в том, что мы должны измерить параметры пучка с высокой точностью, не видя его и никак с ним не взаимодействуя», — рассказывает Павел Каратаев, профессор университета Роял Холлоуэй, заведующий лабораторией разработки источников электромагнитного излучения Центра RASA в Томске.

В Лаборатории разработки источников электромагнитного излучения Центра RASA ученые планируют создавать приборы — мониторы, контролирующие параметры пучков заряженных частиц, такие как положение и размеры. При этом процесс измерения пучка никак не повлияет на его параметры. То есть, не исказит чистоты эксперимента, проводимого на БАК.

«Технология основана на том, что частицы пучка движутся все время по прямой в вакууме вблизи соответствующим образом выбранной мишени. Пучок взаимодействует своим электромагнитным полем только с этой мишенью. Когда частица пролетает вблизи какого-либо объекта, даже не соприкасаясь с ним, происходит поляризация этой среды, и сам объект начинает испускать излучение, которое мы детектируем в очень широком спектре. Исследуя характеристики этого излучения, мы можем сказать, какой пучок пролетел мимо того или иного объекта, какой у него был размер, какая энергия. Таким образом, мы мониторируем характеристики пучка по излучению объекта мимо которого он движется», — объясняет Каратаев.

Эксперименты по развитию технологии диагностики пучков заряженных частиц ученые планируют провести как в Томске, так и в Великобритании. Часть экспериментов пройдет на Микротроне Физико-технического института ТПУ, часть — на ультрасовременной установке на пучке электронов CLARA в лаборатории Дарсбери (Великобритания). CLARA — это компактный ускоритель, предназначенный для тестирования  ускорительного оборудования.

Новая технология уже предложена ЦЕРНу для модернизации оборудования Большого адронного коллайдера.

«Модернизация оборудования под новый этап исследования начнется в 2020 году, в настоящее время ученые ЦЕРНа собирают заявки от университетов и научных центров мира в поисках эффективных предложений и разработок. Предложения принимаются до 2018 года», — рассказывает Александр Вагнер, начальник научного отдела Физико-технического института ТПУ.

«Наше предложение уже включено в систему заявок ЦЕРНа. После 2018 года начнется период, когда нужно будет закончить прототипы разработок и доказать состоятельность предложенных идей. Как раз над этим мы сейчас и работаем»,

— добавляет Павел Каратаев. 

Новая технология в дальнейшем может быть применена для измерения параметров пучка не только БАК, но и других, менее мощных ускорителей, используемых в различных областях. Например, в области медицины, где оборудование требует высокой точности.

Справка:

Центр RASA начал свою работу на базе Томского политехнического университета в 2015 году. Он представляет собой научный центр, состоящий из шести лабораторий, возглавляемых русскоговорящими учеными, сотрудниками ведущих мировых университетов. 

Деятельность Центра RASA в Томске способствует повышению международной конкурентоспособности ТПУ в рамках федерального Проекта «5–100», целью которого является вхождение лучших университетов России в топ-100 ведущих вузов мира к 2020 году.

Международная ассоциация русскоговорящих ученых (Russian-speaking AcademicScience Association — RASA) — это неправительственная некоммерческая организация, основанная в 2008 году. Работает в Азии, Европе и США. Основная цель — сохранение, укрепление и развитие единого интеллектуального и культурного пространства русскоговорящего научного сообщества.