Ученые Томского политехнического исследуют темную материю в ЦЕРНе

| 1351

Ученые Физико-технического института Томского политехнического университета исследуют темную материю и занимаются поиском темного бозона — гипотетической частицы-посредника, переносящей дополнительные взаимодействия между нашим, видимым, миром и темной материей. Работа политехников ведется в составе международной научной коллаборации P348 на суперпротонном синхротроне (SPS), входящем в ускорительный комплекс Большого адронного коллайдера.

Фото: Сборка детектирующей системы для установки P348  на ускорителе SPS

Новая частица аналогична обычному фотону — кванту света, переносящему электромагнитные взаимодействия между элементарными частицами — но, в отличие от него, обладает массой.

После открытия бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере центральной проблемой в физике элементарных частиц является исследование фундаментальной проблемы происхождения и природы темной материи, вносящей значительный вклад (порядка 23%) в массу нашей Вселенной.

Результаты научных исследований показали, что видимая часть Вселенной составляет лишь 5%. Остальные 95% — темная энергия (72%) и темная материя (23%).

В 2014 году российские ученые предложили научному комитету SPSC международной организации ЦЕРН провести эксперимент по поиску легкой темной материи на протонном суперсинхротроне SPS. Только в ЦЕРНе можно получить интенсивность вторичных пучков электронов и мюонов, достаточную для поиска сигнала от темного бозона.

«Предложение было встречено с большим интересом. После многочисленных обсуждений научный комитет ЦЕРНа по новым экспериментам рекомендовал его для проведения первых поисков в 2015 году. Также его рассмотрела рабочая группа Россия-ЦЕРН с принятием решения о реализации первого этапа проекта в рамках программы Минобрнауки России», — рассказали руководитель коллаборации P348, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Сергей Гниненко и профессор кафедры высшей математики и математической физики Валерий Любовицкий, возглавляющий в ЦЕРНе научную группу ТПУ.

Группа специалистов по физике высоких энергий ТПУ получила приглашение присоединиться к эксперименту в феврале.

В мае этого года ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из ведущих институтов, университетов и научных центров России, Чили, Швейцарии и Германии в рамках эксперимента, получившего название P348, начали исследования по поиску темного бозона — потенциального кандидата на роль темной материи — на SPS в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН).

В течение лета в специально выделенной лаборатории ЦЕРНа, совместно с другими учеными, они осуществили сборку, а затем и запуск адронного калориметра для экспериментальной установки P348. Одновременно группа занималась моделированием ожидаемых экспериментальных данных и запуском электроники для надежного обеспечения съема данных с детекторов.

Пробный сеанс на ускорителе, в котором приняли участие ученые ТПУ, проходил с 23 сентября по 7 октября. После эксперимента они приступили к обработке и анализу полученных данных.

После первого сеанса на SPS ученые сделают выводы о степени готовности и соответствия компонента детектора целям эксперимента; получат первый физический результат на основе реальной оценки. Если пробный эксперимент пройдет удачно, ученые передадут представление дальнейшего технического проекта в комитет SPSC и продолжат работу над проектом.

«Коллаборация P348 ЦЕРН имеет очень важное политическое значение в развитии совместных научных исследований на установках MegaScience, это наиболее правильный и верный способ стать официальным участником ЦЕРНа, что позволит в дальнейшем повысить узнаваемость ТПУ и входить в другие коллаборации ЦЕРНа, — отметил заместитель проректора по научной работе и инновациям вуза Сергей Байдали. —

Коллектив этого эксперимента включает в себя организации и ученых, также являющимися участниками таких экспериментов ЦЕРНа, как COMPASS, CMS, SHiP и другие. Успешное взаимодействие с этим коллективом позволит ТПУ уже в ближайшее время стать участником этих экспериментов и сформировать задел для дальнейшего продвижения». 

В свою очередь, это поспособствует повышению международной конкурентоспособности Томского политехнического университета в рамках федерального Проекта «5–100», целью которого является вхождение лучших университетов России в топ-100 ведущих вузов мира к 2020 году.

Справка:

В составе научной группы Томского политехнического университета, участвующей в эксперименте ЦЕРНа P348, научные сотрудники кафедры высшей математики и математической физики ТПУ —  профессор Валерий Любовицкий, инженер-исследователь Ренат Дусаев, аспирант и лаборант-исследователь Богдан Василишин, студент и лаборант-исследователь Иван Кузнецов,  студент и лаборант-исследователь Геннадий Чурсин.

В составе коллаборации P348 ученые из Института ядерных исследований (Москва), Института физики высоких энергий (Протвино),  Объединенного Института Ядерных Исследований (Дубна), Томского политехнического университета, Технических университов г. Вальпараисо (Чили) и г. Цюрих (Швейцария).

ЦЕРН — Европейский центр ядерных исследований, расположенный вблизи Женевы. В состав ускорительных установок ЦЕРНа входит Большой адронный коллайдер (LHC), который разгоняет пучки встречных протонов до энергии 7 ТэВ. LHC входит в ускорительный комплекс, который включает в себя цепь ускорителей, разгоняющих протоны до энергии 450 ГэВ. Последним звеном в данной цепи является ускоритель SPS, который непосредственно инжектирует протоны в LHC.

Напомним, Большой адронный коллайдер является самым крупным ускорителем в мире, благодаря которому ученым удалось открыть новую частицу — бозон Хиггса.