Создан новейший кремниевый детектор, способный определять точное местоположение элементарных частиц
24 мая 2018 года, после шести лет упорной работы, международная группа ученых и инженеров практически закончила изготовление нового кремниевого детектора Silicon Vertex Detector (SVD). Позже в этом году детектор SVD будет установлен на самом мощном в Японии ускорителе частиц, располагающемся в Цукубе, и он станет частью эксперимента Belle II, нацеленного на поиски "новой физики", лежащей за рамками Стандартной Модели физики элементарных частиц.
Отметим, что Стандартная Модель описывает практически все явления, происходящие в окружающем нас мире. Но в последние годы ученые все чаще и чаще сталкиваются со всевозможными аномалиями, не укладывающимися в рамки Стандартной Модели, что говорит о возможном наличии не охваченных ею областей "другой физики". Об этом говорят и некоторые "неувязки" теории формирования Вселенной, включающие в себя понятие темной материи, и для того, чтобы объяснить все это ученым требуется ни много, ни мало, а создание новой физической теории.
Детектор SVD поможет ученым исследовать необычные явления за счет того, что он сможет определять в любой момент положение каждой элементарной частицы с точностью в 35 микрометров. Эти частицы будут рождаться в результате столкновений других частиц, разогнанных до высоких скоростей и энергий ускорителем SuperKEKB. И если ученым удастся зарегистрировать какие-нибудь неизвестные до этого времени новые частицы, то они должны будут появляться в местоположениях, которые невозможно предсказать с точки зрения существующих теорий.
Высокая эффективность и точность работы датчика SVD является следствием его уникальной и инновационной конструкции, точности изготовления его отдельных элементов. Основным элементом датчика является его последний слой, который разрабатывался и изготавливался специалистами Института математики и физики Вселенной (Kavli IPMU), начиная с 2012 года.
Датчик SVD состоит из 16 ступеней, накладывающихся друг на друга, каждая их который действует как отдельный датчик местоположения частиц. Ступени имеют прямоугольную и трапецевидную форму, они изготовлены из полупроводникового кремния. Каждая ступень имеет по 512 разрезов на передней стороне и 768 разрезов - на задней. Когда частица проходит через этот датчик, это приводит к возникновению электрического сигнала, а точное положение частицы определяется по координатам полос, с которых снимается сигнал максимальной амплитуды.
Конструкция датчика кажется, на первый взгляд, очень простой, но ученым и инженерам для его создания пришлось решить целую массу сложнейших проблем, касающихся зажимных и токопроводящих приспособлений, компоновки структуры ступеней датчика, состава специального клея и т.п.
В 2016 году исследователи создали первый прототип датчика SVD, испытания которого показали, что окончательный вариант должен иметь как минимум 15 ступеней и три дополнительные, резервные ступени. Окончательный вариант датчика был изготовлен преимущественно на автоматическом оборудовании для исключения вмешательства человеческого фактора. А сборка датчика производилась в строго соответствии со специально написанным руководством, объем которого составил более 100 страниц.
Датчик SVD, согласно планам, должен быть установлен на ускорителе SuperKEKB в ноябре этого года, а сбор первых наборов данных при помощи этого датчика должен начаться к февралю 2019 года.
