Российские разработки для ЦЕРН откроют путь к более совершенному представлению о Вселенной

Как российские разработки продвигают новую физику

Пожалуй, самая интригующая головоломка для человечества: почему мир выглядит так, как он выглядит, и почему во Вселенной мы видим вещество и не находим сколь либо значимого количества антивещества? Отсутствие единого аргументированного научного ответа на эти вопросы свидетельствует о том, что наших знаний не достаточно для объяснения барионной асимметрии Вселенной.

Учёные из Института теоретической и экспериментальной физики, создающие при поддержке ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» сверхчувствительные компоненты супердетектора для эксперимента БАК-би в ЦЕРНе, стремятся к тому, чтобы более полно описать современную картину микромира.

Как российские разработки продвигают новую физику, – в интервью с научным руководителем проекта, начальником отделения международных мега-проектов Виктором Егорычевым.

Виктор Юрьевич, что учёные предполагают увидеть и понять в эксперименте БАК-би? Чем он так интересен физикам?

– Международный эксперимент БАК-би – один из четырех основных экспериментов на Большом Адронном Коллайдере (БАК). Он предназначен для того, чтобы ответить на один из самых интригующих вопросов современной физики высоких энергий: какие процессы, действующие после Большого Взрыва, позволили материи сохраниться в том виде, в котором мы ее наблюдаем сегодня, и, соответственно, объяснить и понять, почему в ходе эволюции Вселенной исчезло антивещество.

Проверка теоретических предсказаний по описанию слабых распадов прелестных мезонов, выполненных в рамках Стандартной модели, представляется удобной формой тестирования модели и, как следствие, одним из вариантов поиска новой физики. Ярким свидетельством существования новой физики явилось бы обнаружение эффектов, запрещенных или сильно подавленных в Стандартной модели. Это придает особый интерес к поиску и изучению редких распадов В-мезонов (частица, состоящая из тяжелого кварка с квантовым числом “прелесть” и легкого антикварка), так как для этих частиц существует целый ряд теоретических подходов, предсказывающих количественное описание процессов с весьма небольшим уровнем теоретической неопределенности.

До недавнего времени основным полигоном изучения В-физики были электрон-позитронные машины. Однако с вводом в эксплуатацию БАКа с экстремально высокой энергией появилась возможность для детального изучения редких распадов частиц, содержащих прелестный или очарованный кварки. Именно в эксперименте БАК-би В-физика достигает своего апогея.

Какая роль в этом проекте отведена российским учёным?

– Российские ученые из семи отечественных институтов занимают ведущие роли в эксплуатации спектрометра БАК-би. Спектрометр – это такой оптический прибор, очень похожий по своим функциям на человеческий глаз, чувствительный к лучам света в некотором диапазоне частот. Проходящий через зрачок и сфокусированный хрусталиком свет падает на сетчатку, состоящую из сотен миллионов светочувствительных ячеек, превращающих свет в электрические импульсы, которые нервами передаются для дальнейшей обработки в мозг. Похожим образом устроен и спектрометр. Он состоит из многих компонент, каждая из которых чувствительна к определенному виду лучей. Сигналы от каждой ячейки детектора по кабелю поступают для обработки в компьютер. Но есть и отличие спектрометра от человеческого зрения: если вся информация от сетчатки обрабатывается мозгом только одного человека, то обработка данных от детекторов БАКа будет обрабатываться тысячами физиков на компьютерах, рассредоточенных по всей Земле.

Ученые из России в эксперименте БАК-би модернизируют трековую систему на основе оптических волокон и вершинный детектор, а также создают основные элементы системы идентификации частиц – калориметрическую и мюонную системы.

Все это компоненты прибора, позволяющие увидеть всякие мелкие частички, открывающие путь к новому, более совершенному представлению о нашей Вселенной.

Что представляет собой процесс модернизации и создания новых компонентов?

– Когда-то мы делали для эксперимента БАК-би модули электромагнитного, адронного калориметров и детектирующие части мюонной системы, а также высоковольтную часть мюонной системы. Но с течением времени изменились условия, в которых работает установка, сами компоненты стали работать с меньшей эффективностью. Поэтому назрела необходимость их модернизировать.

Процесс модернизации выглядит примерно так же, как и процесс создания любого достаточно сложного инженерного устройства, к примеру, автомобиля. Делается чертёж, который затем воплощается в «железе».

Так, один из элементов, который мы создаем, – это вершинный детектор. По сути, это пластинки кремния с нанесёнными на них тонкими полосками, так называемыми стрипами, из металла. Они позволяют определять координаты вершины распадающихся частиц. Или же электромагнитный калориметр – некая структура из чередующихся слоев, пронизанных оптическими волокнами, которые трансформируют свет, – такую технологию еще называют «шашлык-технология».

Что вам уже удалось сделать, и какая часть работы впереди?

– Мы разработали конструкторскую документацию и перешли к созданию лабораторных образцов приборов. Параллельно создаем лабораторные стенды для их тестирования, на которых инженеры будут проверять качество сборки каждого элемента. Если элемент будет признан хорошим, он пойдёт в серию, если забракуется – значит, будем думать, почему так произошло и что нам нужно доработать. Когда все будет готово, наши компоненты отправятся в ЦЕРН. Большой адронный коллайдер там остановят на определенный период, вытащат из детектора подлежащие замене компоненты, и поставят вместо них те, что мы разработали. Затем конструкция будет тестироваться в новой сборке. И если все пройдет успешно, на что мы очень надеемся, ускоритель заработает на большей светимости и большей энергии. Тогда и начнётся следующий виток новой физики.

Автор: Быкова Наталья