ГАЗЕТА МОСКОВСКОГО ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА (ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА)

Издается
с 1960 года


ВСЕЛЕННАЯ В ЛАБОРАТОРИИ

   Развитие науки о фундаментальных  свойствах материи сегодня невозможно без использования грандиозных сооружений – ускорителей частиц, строительство которых под силу только содружеству многих государств. Примером служит ЦЕРН – Европейский центр ядерных исследований, объединяющий 19 государств, который был создан в 1954 г. близ Женевы. Вскоре появились первые ускорители протонов, сначала на 800 МэВ, затем на 28 ГэВ. В начале 70-х гг. центр тяжести изучения физики частиц переместился в СССР, где запустили ускоритель на рекордную энергию – 70 ГэВ (ИФВЭ, Протвино). Тогда в рамках заключенного соглашения началось тесное сотрудничество физиков ЦЕРНа и нашей страны.
   Позднее в ЦЕРНе ввели в строй ускорители с энергией протонов и антипротонов на 450 ГэВ, а затем электрон-позитронный коллайдер на 100х100 ГэВ. В результате удалось открыть новый тип кварка, обнаружить кванты слабого взаимодействия (W и Z -бозоны), новые типы нейтрино и многое другое. ЦЕРН стал крупнейшим центром изучения фундаментальных свойств материи.
   Что сейчас волнует сообщество ученых, членами которого являются и специалисты МИФИ? В настоящее время, через 15 млрд.лет после Большого Взрыва, породившего Вселенную, мир существует в весьма «холодном» состоянии, значительно отличающемся от первых долей секунды, когда температура была запредельно высока. Для «воспроизведения» первых моментов существования мира есть единственная возможность – искусственно создавать высокие температуры и плотности при столкновениях частиц, ускоренных до предельно высоких энергий. С этой целью в ЦЕРНе сооружается адронный коллайдер LHC с рекордной энергией частиц 7х7 ТэВ. Этот монстр будет находиться в кольцевом туннеле длиной 27 км на глубине 50-100 м. В нем разместятся сверхпроводящие магниты с полем 8 Тесла, удерживающие столь энергичные частицы на кольцевой орбите. Запуск LHC – в 2007 г.
   Будущие исследования преследуют несколько целей. Одна из главных – обнаружение кванта нового поля, предсказанного английским теоретиком П.Хиггсом, обеспечивающего возникновение масс всех частиц. Существует ли бозон Хиггса на самом деле и каковы его свойства – дело эксперимента. Другая, не менее сложная задача – поиск так называемых суперсимметричных частиц. Они, в отличие от наших, «остывших» — протонов, нейтронов, электронов – более тяжелые, что вызвало их распад в первые мгновения образования Вселенной. Ставится еще одна цель – ускорять на LHC тяжелые ионы (скажем, свинца). При их соударении ожидается возникновение нового для физики (и старого в мире) состояния материи – кварк-глюонной плазмы. Эту задачу будет решать эксперимент ALICE, в котором принимают участие сотрудники кафедры 11 МИФИ.
   Всего на кольце коллайдера предусмотрено четыре эксперимента. Более подробно рассмотрим один из них – ATLAS. Это гигантское сооружение высотой с 8-этажный дом, напичканное прецизионной аппаратурой. Все детекторы выполнены с точностью не хуже 100 мк и должны работать синхронно в полях излучения с плотностью 107 см-2 с-1. Ни одна частица (кроме нейтрино), рождаемая во взаимодействии пучков, не должна остаться незамеченной. Ее тип должен быть установлен, масса, координаты и энергия измерены. Теория предсказывает: образование бозона Хиггса или суперсимметричной частицы случается с вероятностью 10-12 на одно протон-протонное соударение. «Выловить» такую частицу из моря фоновых событий – задача намного сложнее, чем поймать несуществующую Несси.
   Группа кафедры 40, работающая в эксперименте ATLAS, создает трековый детектор переходного излучения – сердце всей установки. Он предназначен для регистрации треков частиц и их идентификации на основе явления излучения частицы при ее переходе из одной среды в другую. Регистрируются рентгеновские фотоны, возникающие при пересечении релятивистской частицей границы двух сред – воздух-полипропилен. Очень высокие требования предъявляются к надежности, быстродействию, координатной точности прибора. А если прибавить, что детектор должен работать в экстремально высоких полях излучения в течение 10 лет без ухудшения характеристик, то станет ясно, сколь сложна задача по его созданию. Трековый детектор переходного излучения детально испытывался в течение нескольких лет и в настоящее время находится в стадии изготовления, поэтапной сборки и тестирования.
   В разработке LHC большой вклад внесли физики крупных научных учреждений России – ИФВЭ (Протвино), ОИЯИ (Дубна), ИТЭФ, РНЦ «Курчатовский институт», НИИЯФ им. Д.В.Скобельцына МГУ, ИЯФ им. Г.И.Будкера (Новосибирск) и др. Самая интересная фаза экспериментов – получение физических результатов и их осмысление – начнется в 2007 г. и продлится 10-15 лет. Она возможна при выполнении двух условий: наличия мощной международной компьютерной системы передачи и обработки экспериментальных данных, а также подготовки кадров (сегодня это студенты), способных решать физические проблемы на новом уровне общемирового сообщества ученых.

 

Б.А. Долгошеин,
профессор кафедры 40.