Международный коллектив ученых из Швейцарии (Европейская организация по ядерным исследованиям, ЦЕРН), США, Великобритании и Томска опубликовал в престижном физическом журнале Physical Review Letters (IF: 8.839; Q1) статью, посвященную прямому наблюдению так называемого дифракционного излучения Вавилова-Черенкова в видимом диапазоне. В ходе эксперимента ученым удалось показать, что это излучение возникает, когда пучок заряженных частиц пролетает мимо прозрачного диэлектрика (кварцевой призмы), а не проходит сквозь него, как в традиционных исследованиях, и при этом его мощности достаточно, чтобы дать информацию о характеристиках самого пучка. Хотя ранее считалось, что этот эффект незначителен и не представляет интереса.
Фото: свечение, вызванное излучением Вавилова-Черенкова, на исследовательском реакторе ТПУИзлучение Вавилова-Черенкова было открыто отечественным ученым Павлом Черенковым, в 1958 он вместе с учеными, объяснившими это явление, получил Нобелевскую премию. Излучение возникает при движении заряженной частицы через прозрачный диэлектрик (например, воду) со скоростью, превышающей фазовую скорость света в этой среде. Это излучение можно наблюдать визуально, пример — характерное голубое свечение в бассейне ядерного реактора.
«Это излучение чрезвычайно полезно в физике частиц, ведь благодаря ему можно измерить характеристики заряженных частиц, которые проходят сквозь диэлектрик. Детекторы на основе этого эффекта сегодня используются и в лазерно-плазменных лабораториях, токамаках (установка для протекания управляемого термоядерного синтеза — ред.) и в ускорителях, например, Большом адронном коллайдере (БАК). Но здесь встает проблема. Когда частица проходит через среду, она рассеивается, теряет энергию. В некоторых случаях этими эффектами можно пренебречь, а в некоторых нет. Поэтому нужны так называемые невозмущающие методы диагностики пучков частиц, получаемых на современных ускорителях», — рассказывает один из авторов статьи, ведущий научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ, профессор Александр Потылицын.
Ранее в научных кругах считалось, что черенковское излучение, возникающее, когда частицы проходят в непосредственной близости от диэлектрика, а не пересекают его, слишком мало, чтобы брать его во внимание. Результаты моделирования, проведенного учеными Томского политехнического университета, и непосредственного эксперимента, прошедшего на американском ускорителе в Корнеллском университете, опровергли это мнение.
Во время эксперимента пучок позитронов проходил вблизи кварцевой призмы — на расстоянии менее 1 миллиметра. Генерируемое черенковское излучение из призмы отражалось от зеркала и собиралось линзой, а затем детектировалось чувствительной фотокамерой. По характеристикам зафиксированного светового пятна и можно судить о параметрах исходного пучка позитронов.
«Результаты эксперимента показали, что генерируемое черенковское излучение не оказывает существенного влияния на параметры пучка. При этом результаты хорошо описываются нашей моделью. Следующий этап наших исследований — диагностика субмикронных пучков, которую невозможно провести существующими инструментами.
Мы планируем провести эксперимент на японском ускорителе в городе Цукуба, в Организации по изучению высокоэнергетических ускорителей (КЕК), обладающем необходимыми параметрами пучка, чтобы доказать возможность использования черенковского излучения в таком невозмущающем формате для диагностики субмикронных пучков. Полученные результаты могут использоваться при создании следующей установки, сравнимой по масштабам с БАК, — Международного линейного коллайдера в Японии»,
— отмечает профессор Потылицын.
Диагностика пучка предложенным методом проходит очень быстро, в режиме онлайн.
«Такая скорость позволит операторам, следящим за характеристиками пучка, оперативно принимать решения для их корректировки», — говорит Александр Потылицын.