Наука и технологии России

Вход Регистрация

Megascience как способ связи

«Фермилаб» – национальную ускорительную лабораторию имени Э. Ферми в США впору называть «нейтринной» вместо «национальной», шутили физики на открытых слушаниях в Минобрнауки России, где обсуждали участие российских учёных в работе крупных американских научных центров.

Николай_Тюрин
Николай Тюрин: «Остаётся целый ряд моментов, где до сих пор Tevatron лучше, чем Большой адронный коллайдер»

По словам директора Института физики высоких энергий (ИФВЭ, Протвино) Николая Тюрина, начиная с 1993 года при поддержке вначале Миннауки, а позже – Минобрнауки России, российские исследователи участвовали в более чем 10 научных экспериментах в Национальной лаборатории «Фермилаб», Брукхейвенской национальной лаборатории и Стэнфордском линейном ускорителе (в рамках Соглашения о научно-техническом сотрудничестве от 16.12.1993).

Одна из главных установок Фермилаб – ускоритель Tevatron, на котором при содействии российских физиков получены важнейшие научные результаты (в 1995 году открыт топ-кварк, тем самым окончательно установлена реальность кварков; в 2012–2013 годах – обнаружен распад бозона Хиггса на b и анти-b кварки).

Tevatron менее известен, чем его «собрат» в ЦЕРНБольшой адронный коллайдер. Однако, по словам Эдуард Бооса из НИИЯФ МГУ, имеет ряд преимуществ перед европейским ускорителем: «Остается целый ряд моментов, где до сих пор Tevatron лучше, чем Большой адронный коллайдер. Один из таких примеров – поиск распада бозона Хиггса на b и анти-b кварки. Другой – открыто одиночное рождение топ-кварка в т.н. персональной моде, которая практически недостижима на Большом адронном коллайдере. Это также относится к процессам, в конце которых рождаются объекты с не очень большой молярной массой. В этих случаях соотношение сигнал-шум гораздо лучше на Tevatron, чем в БАК».

Tevatron Вид на ускорительный центр Fermilab, США. Tevatron (кольцо на заднем плане) и кольцо-инжектор. Над подземными тоннелями видны кольцевые пруды, рассеивающие избыточное тепло от оборудования

 

Несмотря, на некоторые преимущества, Tevatron все же закрыт в 2011 году, а США приняли решение более плотно участвовать в проекте Большом адронного коллайдера. С тех пор, Фермилаб сосредоточился на экспериментах в нейтринной физике, которые велись там и раньше, но теперь вышли на первый план. Есть основания полагать, что в этой области вероятнее всего наткнуться на явления, выходящие за рамки Стандартной модели.

Справка STRF.ru:
На многих ключевых экспериментах физики высоких энергий в США установлено оборудование, созданное российскими научными группами. Так в эксперименте D0 (Фермилаб, Tevatron) стояли микрополосковые детекторы на 50000 каналов, сделанные в НИИЯФ МГУ, в эксперименте Феникс (Брукхейвенская национальная лаборатория) электромагнитные калориметры (ИТЭФ, ИФВЭ) и дрейфовая камера (Петербургский институт ядерной физики), в экперименте EXO (Стэнфорд) – рабочий изотоп 136Xe произведен в России, наполовину – в ИТЭФ

Одна из любопытных перспектив нейтринной физики – возможность передачи информации с помощью нейтрино, обоснованная в эксперименте MINERVA в Фермилаб (российское участие в этом эксперименте осуществляется со стороны Института ядерных исследований РАН). «Это очень интересная и старая задача, – комментирует Николай Тюрин. – Как известно, нейтрино плохо взаимодействует с веществом. Поэтому, если вы можете модулировать сигнал, то можете послать его на другую сторону планеты, к подводным объектам (имеется в виду модулировать можно протонный пучок, взаимодействующий с мишенью. В результате ряда распадов генерируется пучок нейтрино, направление которого определяется направлением исходного пучка протонов. – Ред.).

И если там сумеете создать систему по распознаванию этой модуляции, то это идеальный способ связи. Очень дорогой, правда».

По словам, Николая Тюрина, из-за больших технических сложностей (детекторы нейтрино – очень громоздкие сооружения) сейчас метод развивается не очень активно, «это то, что называется by-product». «Работы здесь продолжаются, но хорошо, что они стали продолжаться не независимо, а в составе нейтринных экспериментов», – замечает он.

Другой интересный эксперимент, тоже связанный с нейтрино, хотя и непрямую – EXO – Enriched Xenon Experiment – проводится Стэнфордским университетом. По словам Тюрина, от России в нем принимает участие ИТЭФ. Его цель – зафиксировать двойной безнейтринный 0νββ-распад ядра 136Xe. Обнаружение этого распада – весьма заманчивый вызов. Во-первых, этим можно доказать, что нейтрино является собственной античастицей. Во-вторых, установить точную массу нейтрино (то, что нейтрино имеет массу, уже некоторое время очевидно, но значение находится в довольно широком интервале).

EXO_Enriched_Xenon_Experiment EXO-200 криостат находиться под землей

 

В-третьих, чтобы подобная реакция происходила, не должно сохраняться так называемое лептонное число (закон сохранения лептонного числа – один из краеугольных камней Стандартной модели). Все эти три возможности находятся в резком противоречии со Стандартной моделью, и обнаружение реакции вывело бы ученых напрямик к новой физике.

Сам эксперимент сводится к регистрации распадов происходящих в толще большого количества изотопа 136Xe. Все 200 кг этого изотопа произведены в России, примерно половина, по словам Тюрина – в ИТЭФе.

Учитывая, что в теории даже тот двойной ββ распад, где нейтрино образуется, – огромная редкость (если наблюдать за ββ-распадом 8 млрд. ядер, то за время, охватывающее период от рождения Вселенной до наших дней, удастся обнаружить только 1 распад), то понятно, что чем больше взять ксенона для эксперимента, тем больше вероятность что-то обнаружить.

На очереди – работа с одной тонной 136Xe, есть планы выхода на 5 тонн изотопа.

После того как в «Фермилаб» остановлен Tevatron, сотрудничество российских институтов с американскими центрами при поддержке Минобрнауки России сосредоточится в трёх направлениях – нейтринная физика на оставшихся мощностях «Фермилаба», вышеупомянутый эксперимент EXO и работы по изучению кварк-глюонной плазмы на RHIC (релятивистский коллайдер тяжёлых ионов, расположенный в Брукхейвенской национальной лаборатории). В целом, сейчас в Америке в рамках официального сотрудничества между Россией и США работает почти 150 учёных из российских институтов, специализирующихся в ядерной физике и физике высоких энергий.

РЕЙТИНГ

4.86
голосов: 7

Обсуждение