Индекс цитирования Яндекс.Метрика

Направления

04.06.2019

Учёные Курчатовского института приступили к модернизации трековой системы эксперимента LHCb

В Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) продолжаются работы по модернизации экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК).

Сотрудники НИЦ "Курчатовский институт", участвующие в эксперименте LHCb, приступили к монтажу элементов нового трекового детектора. Следующий сеанс работы БАК начнётся в 2021-м году.

Эксперимент LHCb (Large Hadron Collider beauty) — один из четырех основных экспериментов на БАК. Литера "b" в названии коллаборации означает "beauty" ("прелесть"), что напрямую связано с основным объектом исследования ученых в этом эксперименте — частицами, содержащими в своем составе так называемый "прелестный" (b) кварк. Редкие процессы, происходящие с этими тяжёлыми частицами (распады, осцилляции), могут не описываться в рамках Стандартной модели (СМ) элементарных частиц. Отклонения от предсказаний СМ, если они будут обнаружены, послужат указанием на так называемую "Новую физику" за пределами СМ.

Сотрудники Курчатовского ядерно-физического комплекса (КЯФК) НИЦ "Курчатовский институт" участвуют в работе коллаборации LHCb с 2013 года. В декабре 2018 года работа коллайдера была приостановлена на два года. Ученые и инженеры приступили к модернизации и плановому ремонту ускорителя и детекторов.

В рамках модернизации БАК сотрудники Курчатовского института начали монтировать элементы новой трековой системы эксперимента LHCb, части которой изготавливались в НИЦ "Курчатовский институт". В ходе этого проекта, получившего название SciFi, трекер LHCb, построенный на газовых дрейфовых трубках, заменяется на новый, сделанный на основе длинных модулей, собранных из сцинтилляционных оптических волокон. Сигнал с них будет считываться многоканальным кремниевым фотоумножителем (SiPM). Поперечный размер одного детекторного слоя составляет 5x6 м, общая площадь детектора превышает 400 м2. Создание трекового детектора такого масштаба осуществляется впервые в мире.

В традиционной технологии, использующей детекторы на твёрдых сцинтилляторах, сам сцинтиллятор и оптическое волокно представляют собой два различных объекта. В технологии SciFi вещество сцинтиллятора распределено внутри волокна, которое, тем самым, объединяет в себе свойства и активного элемента, и световода. Такая технология обладает рядом существенных преимуществ: надёжностью, высоким быстродействием и точностью определения траектории частицы. Малые масса и энергопотребление, способность эффективно работать в сильном магнитном поле, отсутствие тепловыделения в рабочей области детектора делают данную технологию исключительно привлекательной для использования в экспериментах космического базирования, а также в задачах медицинской диагностики. Подобные детекторы со временем могут стать новым стандартом трековых детекторов в физике высоких энергий и в прикладных областях.

На площадке НИЦ "Курчатовский институт" была развита производственная инфраструктура, а также разработана технология производства уникальных оптико-волоконных модулей для этого детектора. Проект был реализован совместно с Рейнско-Вестфальским техническим университетом Ахена (Германия), Техническим Университетом Дортмунда (Германия), Федеральной политехнической школой Лозанны (Швейцария) и CERN.

В 2017-2018 годах в НИЦ "Курчатовский институт" было изготовлено 138 модулей, на которые ушло более миллиона метров оптического волокна. Большая часть этих модулей уже протестирована и поставлена в CERN. В настоящий момент в CERN осуществляется объединение модулей и считывающей электроники в единую структуру нового трекового детектора. Следующий сеанс работы БАК начнётся в 2021-м году.