На одном из последних заседаний ЦЕРНовской комиссии по Большому адронному коллайдеру было принято решение о необходимости продолжения исследований по использованию эффекта каналирования в кристаллах для "очистки" пучков частиц. О проекте рассказывает ведущий научный сотрудник Лаборатории электронов высоких энергий ФИАН, доктор физ.-мат. наук, профессор НИЯУ МИФИ Султан Дабагов.
В работе любого ускорителя важен не только факт соблюдения траекторий частиц, важно также продумать своевременный вывод частиц, засоряющих пучки, например, сошедших с орбиты или вновь рожденных. На самом известном сегодня ускорителе - Большом адронном коллайдере (БАК), чистка пучков осуществляется с помощью традиционных коллиматоров, но эффективность этой чистки можно повысить. В связи с этим большие надежды возлагаются на весьма красивый эффект, наблюдаемый при прохождении пучков заряженных и нейтральных частиц через ориентированные структуры. Эффект известен как каналирование излучений. Сам термин был введен датским физиком Йенсом Линдхардом еще 1965 году, а в 1976 советский физик Эдуард Цыганов показал, что явление каналирования может сохраняться даже в изогнутом монокристалле, а значит, кристаллы могут быть использованы для отклонения пучков заряженных частиц, включая вывод их из ускорителей.
Проект под названием "Коллимация пучков с помощью кристаллов" (UA9), согласно которому БАКовскую систему коллиматоров предполагается частично переоснастить, изначально считается итальянским. Возглавляет UA9 LNF (группа Фраскати) Султан Дабагов - руководитель лаборатории X Lab Frascati Национальной Лаборатории Фраскати Национального института ядерной физики (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN, Италия), ведущий научный сотрудник Лаборатории электронов высоких энергий ФИАН, профессор НИЯУ МИФИ. Помимо итальянских и ЦЕРНовских физиков-инженеров, в проекте также участвуют специалисты из России, Великобритании, Франции и США. Конечной целью проекта является развитие техники коллимации релятивистских протонов с применением изогнутых кристаллов для использования в будущем при формировании пучков БАК /LHC/.
Рассказывает Султан Дабагов:
"Мы работаем с кремниевыми кристаллами, для того, чтобы не было сильного взаимодействия с частицами материал кристалла должен быть как можно легче. Сам по себе проект очень интересный, и кроме практической необходимости и пользы, там и физика ожидается интересная. Казалось, что насчет взаимодействия в ориентированных системах многие вещи уже давно поняты, но это не совсем так. Например, при изменении раствора коллимирующей системы выявилась довольно интересная вещь - в зависимости от раствора измеряемое распределение частиц разное. Просчитать это аналитически нельзя, там слишком сложная динамика пучков - десятки тысяч протонов, которые взаимодействуют друг с другом, огромное количество магнитов, так что нужны эксперименты как реальные, так и компьютерные".
На заседании ЦЕРНовской комиссии по БАК было принято решение о необходимости проведения конкретных исследований по физике процессов рассеяния релятивистских протонов и тяжелых ионов в изогнутых кристаллах, а также по подготовке инженерных решений для использования техники на основе эффекта каналирования вместе с традиционной техникой коллимации пучков.
"В последних экспериментах, - говорит Султан Дабагов, - мы исследовали процессы неупругого рассеяния протонов и ионов в условиях каналирования в изогнутых кристаллах, а также параметрическое рентгеновское излучение релятивистских протонов в изогнутых кристаллах. Последнее замечательно тем, что может быть использовано для диагностики как кристалла при длительном облучении интенсивным пучком, так и для проверки юстировки кристалла по отношению к направлению пучка протонов в условиях эксперимента, то есть в условиях работающей установки. Сейчас проводится серьезная модернизация алгоритмов расчета рассеяния релятивистских пучков протонов и ионов в разного рода изогнутых кристаллах, параллельно разрабатывается общая программа моделирования всего процесса формирования пучков для экспериментов ЦЕРН с учетом всей существующей оптики пучков и при наличии кристаллических коллиматоров".
Новые системы коллимации, состоящие из изогнутых кристаллов, предполагается установить после завершения всех экспериментов и тестовых испытаний во время очередной запланированной остановки коллайдера. При этом в определенных местах будут сохранены и используемые на данный момент коллиматоры.