Уникальный детектор для Большого адронного коллайдера (БАК) разрабатывают ученые Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ". По словам авторов работы, новое устройство впервые позволит исследовать частицы, образование которых до сих пор является "слепым пятном" экспериментальной физики.
Одна из главных задач экспериментальной физики сегодня – изучение сильновзаимодействующих частиц, адронов, получаемых на ускорителях путем столкновения протонов. После столкновения адроны движутся под малыми углами к направлению протонов, что, по словам ученых, затрудняет их изучение. Пока что отсутствуют детекторы, которые позволяли бы различать разные типы частиц с такими траекториями.
Для того, чтобы получить информацию о сорте этих частиц, ученые ставят на их пути специальные устройства – радиаторы. В области радиатора возникает так называемое переходное излучение – электромагнитный эффект, вызванный переходом заряженной частицы из одной среды в другую. Его анализ, как объяснили ученые, имеет ключевое значение при выделении и изучении различных типов адронов.
Ученым НИЯУ МИФИ впервые в мире удалось найти ряд теоретических и инженерных решений, позволяющих создать детектор переходного излучения (ДПИ) на основе высокогранулярных полупроводников. Экспериментальная часть исследования выполнялась на детекторе SPS Большого адронного коллайдера.
"Область в несколько градусов к направлению сталкивающихся протонов, в которой можно было бы проследить образование разных типов адронов, до сих пор в значительной степени остается "слепым пятном" для исследований на БАК. Работы в этой области позволят глубже проникнуть в структуру протона и изучить частицы внутри него и их взаимодействия. Кроме того, только разобравшись с этой проблемой, можно решить парадокс физики космических частиц, пока не имеющий адекватного объяснения – изменение спектра частиц при высоких энергиях вплоть до 1017 эВ",
– рассказал старший научный сотрудник кафедры физики элементарных частиц НИЯУ МИФИ Петр Тетерин.
Специалисты НИЯУ МИФИ впервые изучили спектрально-угловые распределения переходного излучения, а также аналитические выражения для его угловых распределений. Что позволяет создать детекторы нового типа для идентификации частиц.
"Нами была проделана большая экспериментальная и теоретическая работа по поиску новых эффектов и методик. На основе расчетов реалистических моделей ДПИ мы показали возможность определения спектров адронов с процентной точностью – это прорыв, который должен сыграть центральную роль в экспериментах, планируемых на БАК", – сообщил Тетерин.
По словам ученых, оказалось, что интерференционные эффекты в многослойных радиаторах меняют основной угол, под которым генерируется переходное излучение, а его зависимость от массы частиц может сильно отличаться от общепринятого закона.
Кроме того, в рамках исследования ученые НИЯУ МИФИ разработали новые радиаторы и прототипы детекторов различного типа, включая полупроводниковые детекторы с высоким разрешением.
В дальнейшем ученые планируют создать совместно с Объединенным институтом ядерных исследований в Дубне и одной из коллабораций ЦЕРН, MediPix, высококлассный детектор переходного излучения с возможностью прецизионного трекинга частиц для экспериментов в области физики высоких энергий и космических лучей.
Работа проводится при поддержке Российского научного фонда, проект №16-12-10277.