Инженеры НИТУ «МИСиС» оптимизируют «ловушку» элементарных частиц в CERN

LHCb – крупный детектор элементарных частиц в CERN, созданный для изучения распадов B-мезонов, то есть частиц, содержащих b-кварк (так называемый «прелестный» кварк). В этих частицах сильнее всего проявляется очень важное, но до сих пор плохо изученное физическое явление – нарушение CP-симметрии.

Это явление приводит к тому, что картина распадов частиц и античастиц слегка различается, «темная материя» куда-то исчезает. Именно ее поисками и занимаются ученые в рамках проекта LHCb. Нарушение CP-симметрии играет важную роль в теориях космологии, которые пытаются объяснить превосходство материи над антиматерией в нашей Вселенной.

Группа материаловедов и инженеров НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из CERN (Женева, Швейцария) разработала прототип нового абсорбера частиц. Его роль – в определенных режимах поглощать разогнанные до высокой скорости частицы и фиксировать так называемую электронную лавину, которая образуется от столкновения частиц с веществом абсорбера. Сейчас эта часть детектора представляет собой ряд параллельно расположенных пластин из свинца, а между ними – люминисцирующие «прослойки».

Новая схема предполагает принципиально иной подход. В созданном прототипе «сэндвич» из панелей заменяется на «соты». Стенки состоят из вольфрама, а ячейки составляют почти прозрачные кристаллы граната. Такая структура позволяет выдержать еще более высокие радиационные нагрузки.

«Создать такой прототип уже само по себе довольно серьезная материаловедческая задача, – рассказывает одна из участниц проекта, доцент кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов НИТУ «МИСиС», кандидат химических наук Дарья Стрекалина. – Основа абсорбера произведена методом электроэрозионной резки вольфрамовых пластин, что не так просто, учитывая твердость и хрупкость вольфрама. Гранатовые кристаллы тяжело поддаются резке и не проводят электричество, поэтому к ним невозможно применить те же методы».

В настоящее время детектор LHCb закрыт на плановый технический ремонт, связанный с тем, что облучение тяжелыми частицами – неотъемлемая часть всех экспериментов –подвергает серьезной деградации материалы, из которых он изготовлен. Этот период активно используется для оптимизации и улучшения деталей и узлов сложнейшего устройства.

Созданный прототип в ноябре 2019 был протестирован на ускорителе в центре DESY (Гамбург, Германия), предварительные результаты которого показали возможность использования технологии в модернизированном детекторе LHCb.

Оптимизация адсорбера – лишь один из ряда совместных проектов НИТУ «МИСиС» и Европейской организации по ядерным исследованиям. Инженеры и ученые НИТУ «МИСиС» проектируют и разрабатывают уникальные радиационно-стойкие кремниевые сенсоры для детектора LHCb.

Для детектора SHiP исследователи создают прототипы сверхпроводящих элементов магнитов, а также моделируют так называемую камеру распада, где будут происходить главные «события» эксперимента SHiP, которые связаны с потенциальным возникновением новых частиц.  

НИТУ МИСИС

57 статей

Университет науки и технологий МИСИС — это ведущий вуз в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов; первый в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета». Первое место в России и ТОП-100 в мире в рейтинге QS Materials Science за 2023 год. В университете действуют 45 научно-исследовательских лабораторий и 3 научных центра мирового уровня. В состав НИТУ МИСИС входят 8 институтов, 4 филиала в России и 2 за рубежом.

Показать больше