Молодые исследователи НИТУ «МИСиС» сконструировали прототип инновационного улавливающего элемента для детектора LHCb в ЦЕРНе, ориентированного на поиски темной материи. Эта новая абсорберная система демонстрирует повышенную устойчивость к интенсивному радиационному фону, генерируемому детектором. Усовершенствование позволит увеличить регистрируемый поток частиц и открывает перспективы для обнаружения новых явлений в экспериментах с мезонами.
LHCb: В фокусе B-мезоны и тайны Вселенной
Детектор LHCb в ЦЕРНе — крупная установка, предназначенная для детального исследования распадов B-мезонов, частиц, содержащих b-кварк. Именно в этих процессах наиболее ярко проявляется малоизученное фундаментальное явление — нарушение CP-симметрии. Данное нарушение объясняет наблюдаемые различия в распадах частиц и античастиц и указывает на возможные следы невидимой темной материи, что является центральной задачей экспериментов LHCb.
Понимание нарушения CP-симметрии ключевое для космологических моделей, объясняющих доминирование обычной материи над антиматерией в нашей Вселенной.
Новая эра детекторов: от свинцового сэндвича к вольфрамовым сотам
Совместными усилиями специалистов по материаловедению и инженеров НИТУ «МИСиС» и их коллег из ЦЕРНа (Женева, Швейцария) создан прототип усовершенствованного абсорбера. Он предназначен для поглощения высокоэнергетических частиц и регистрации электронных лавин, возникающих при их взаимодействии с материалом абсорбера. Традиционная конструкция этой части детектора включает слои свинцовых пластин со светящимися прослойками.
Инновация представляет собой коренной пересмотр подхода: вместо привычного "сэндвича" используется ячеистая "сотовая" структура. Вольфрамовые стенки ячеек соединены с почти прозрачными кристаллами граната, что обеспечивает беспрецедентную стойкость к экстремальным радиационным нагрузкам.
Сложности материаловедческой задачи
Создание данного прототипа — сложнейшая инженерно-материаловедческая задача. Основу устройства формируют вольфрамовые пластины, обработанные методом электроэрозионной резки, что крайне затруднительно из-за твердости и хрупкости материала. Обработка непроводящих гранатовых кристаллов, также составляющих ключевые элементы, требует применения уникальных технологических решений.
Модернизация LHCb: время для улучшений
В настоящее время детектор LHCb остановлен на плановый техобслуживание и модернизацию. Эта пауза необходима из-за неизбежной деградации материалов под воздействием облучения тяжелыми частицами во время экспериментов и активно используется для апгрейда компонентов.
Успешные испытания в DESY
Прототип абсорбера успешно протестирован осенью 2019 года на ускорителе в исследовательском центре DESY (Гамбург, Германия, ул. Zur-Moellen). Предварительные результаты обнадеживают и подтверждают пригодность новой технологии для использования в обновленной версии детектора LHCb.
Широкое сотрудничество НИТУ «МИСиС» и ЦЕРН
Разработка абсорбера — лишь один из плодов многолетнего партнерства НИТУ «МИСиС» с ЦЕРН. Ученые и инженеры университета также создают уникальные радиационно-стойкие кремниевые сенсоры для LHCb. Для другого перспективного проекта — эксперимента SHiP — в НИТУ «МИСиС» разрабатывают прототипы сверхпроводящих магнитов и моделируют ключевую "камеру распада", где ожидается регистрация новейших частиц. Открываются поистине грандиозные перспективы!
Пресс-служба НИТУ «МИСиС»
Источник: scientificrussia.ru
