«Ловушка» для «темной материи»
Инженеры НИТУ МИСиС разработали прототип принципиально новой «ловушки» элементарных частиц для детектора LHCb в CERN, занимающегося поиском темной материи. Новое устройство, выполняющее роль абсорбера элементарных частиц, гораздо более устойчиво к высокой радиации, излучаемой работающим детектором. Это позволит увеличить поток элементарных частиц и в перспективе получить новые явления при экспериментах с мезонами, сообщает пресс-служба НИТУ МИСиС.
LHCb — крупный детектор элементарных частиц в CERN, созданный для изучения распадов B-мезонов, то есть частиц, содержащих b-кварк (так называемый прелестный кварк). В этих частицах сильнее всего проявляется очень важное, но до сих пор плохо изученное физическое явление — нарушение CP-симметрии. Это явление приводит к тому, что картина распада частиц и античастиц слегка различается, темная материя куда-то исчезает. Именно ее поисками и занимаются ученые в рамках проекта LHCb.
Нарушение CP-симметрии играет важную роль в теориях космологии, которые пытаются объяснить превосходство материи над антиматерией в нашей Вселенной.
Группа материаловедов и инженеров МИСиС совместно с коллегами из CERN (Женева, Швейцария) разработала прототип нового абсорбера частиц. Его роль — поглощать в определенных режимах разогнанные до высокой скорости частицы и фиксировать так называемую электронную лавину, которая образуется от столкновения частиц с веществом абсорбера. Сейчас эта часть детектора представляет собой ряд параллельно расположенных пластин из свинца, а между ними — люминесцирующие «прослойки».
Новая схема предполагает принципиально иной подход. В созданном прототипе «сэндвич» из панелей заменяется на «соты». Стенки состоят из вольфрама, а ячейки составляют почти прозрачные кристаллы граната. Такая структура позволяет выдержать еще более высокие радиационные нагрузки.
«Создать такой прототип уже само по себе довольно серьезная материаловедческая задача, — рассказывает одна из участниц проекта, доцент кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов НИТУ МИСиС Дарья Стрекалина. — Основа абсорбера произведена методом электроэрозионной резки вольфрамовых пластин, что не так просто, учитывая твердость и хрупкость вольфрама. Гранатовые кристаллы тяжело поддаются резке и не проводят электричество, поэтому к ним невозможно применить те же методы».
Сейчас детектор LHCb закрыт на плановый технический ремонт, связанный с тем, что облучение тяжелыми частицами — неотъемлемая часть всех экспериментов — подвергает серьезной деградации материалы, из которых он изготовлен. Этот период активно используется для оптимизации и улучшения деталей и узлов сложнейшего устройства.
Созданный прототип в ноябре был протестирован на ускорителе в центре DESY (Гамбург, Германия), предварительные результаты показали возможность использования технологии в модернизированном детекторе LHCb.
Оптимизация адсорбера — лишь один из ряда совместных проектов НИТУ МИСиС и Европейской организации по ядерным исследованиям. Инженеры и ученые МИСиС проектируют и разрабатывают уникальные радиационно-стойкие кремниевые сенсоры для детектора LHCb. Для детектора SHiP исследователи создают прототипы сверхпроводящих элементов магнитов, а также моделируют так называемую камеру распада, где будут происходить главные «события» эксперимента SHiP, которые связаны с потенциальным возникновением новых частиц.