Эксклюзивные подробности пробного запуска Большого адронного коллайдера

Вечером 20 ноября 2009 года состоялся пробный запуск Большого адронного коллайдера (БАК или LHC). Пробный в том смысле, что пока протонные пучки проходили по двум соответствующим вакуумным проводам, то есть по двум кольцам, энергия пучков была 250 ГэВ, пока ускорения не было. Столкновение частиц не планировалось. Это был пробный запуск с целью проверки всех промежуточных ступеней, то есть работы магнитов, удержания поля и всего прочего. После аварии, случившейся осенью прошлого года, руководство ЦЕРНа очень осторожно относится к планированию его работы: на этот раз начали с минимальных параметров, и повышаться они будут постепенно. Однако начальный этап запуска коллайдера состоялся, и к этому событию было приурочено 31 заседание Совместного Комитета Россия - ЦЕРН.

К 15 декабря, то есть за ближайшие 2-3 недели, планируется поднять суммарную энергию разгоняемых пучков до 1,2 ТэВ. К тому же, одновременно с перезапуском LHC, были начаты работы по его модернизации для увеличения интенсивности пучков. Вполне возможно, что уже в будущем году интенсивность будет поднята на порядок, - рассказывает дальше Олег Далькаров.

Таким образом, в середине декабря планируется провести опыты со столкновением вращающихся протонных пучков протонов с энергиями ближе к 1 ТэВ. Однако пока эти столкновения будут считаться пробными, так как их энергии уступают тем, что могут быть достигнуты на ускорителе "Тэватрон", который работает в США. Максимальная же энергия, которая может быть достигнута на БАК, - 14 ТэВ. Эта энергия определяется радиусом построенного кольца - 27 км.

Следующий, второй этап - это получение данных. К этому этапу все детекторы сейчас готовы, то есть если бы сейчас были столкновения, то можно было бы получать данные. Один из основных результатов, на получение которых можно рассчитывать - ограничение на массу бозона Хиггса. Оно позволит подтвердить или опровергнуть существующие модели картины мироустройства, которые объясняют, откуда у всех наблюдаемых объектов берется масса.

В настоящее время продолжается активное сотрудничество лабораторий ФИАН с ЦЕРНом, начало которому было положено более 40 лет назад. Сотрудники ФИАН принимают активное участие в экспериментальных и теоретических исследованиях фундаментальных взаимодействий в ЦЕРНе и обработке данных:

• в изготовлении и эксплуатации

трекового детектора переходного излучения для эксперимента ATLAS;

жидкоаргоновых калориметров для эксперимента ATLAS;

электромагнитного калориметра для эксперимента CMS;

• в эксперименте OPERA по поиску осцилляций нейтрино;

• в эксперименте COMPASS по изучению реакций ассоциативного рождения адронов;

• в эксперименте CLOUD по исследованиям роли потоков заряженных частиц, как в формировании электродинамических свойств атмосферы, так и в процессе глобальных изменений облачности и климата;

• в разработке программного пакета GEANT-4, предназначенного для моделирования прохождения ионизирующего излучения через вещество;

• в разработке системы GRID.

На БАК 4 основных детектора: ATLAS, CMS, ALICE, LHCb, все они смонтированы в местах столкновения частиц. Основными из них на сегодняшний день являются ATLAS и CMS, эти детекторы нацелены на протон-протонные столкновения, именно они будут получать физическую информацию в следующем году. Детектор ALICE рассчитан на регистрацию столкновений тяжелых ионов, это уже следующий этап на БАК. LHCb - это, так называемая, B-мезонная фабрика, это следующие после ATLAS и СМS эксперименты.

Сотрудники ФИАН (6 групп различной специализации) работают и на ATLAS, и на СМS. На ATLAS ФИАН отвечает за два очень существенных элемента этого детектора. Первый - это внутренний детектор, который стоит в самом "сердце" ATLAS (длина детектора - 46 метров, высота - 30 метров). Это трековый детектор переходного излучения, который готовила группа Алевтины Павловны Шмелевой (ведущий научный сотрудник лаборатории Элементарных частиц ФИАН). Эта группа в рамках международной коллаборации разрабатывала конструкцию самого внутреннего детектора, руководила процессом его сборки и калибровки, создавала программное обеспечение для моделирования процессов в детекторе и алгоритма восстановления трека.

Вторая группа, которой руководит доктор физ.-мат. наук Астон Антонович Комар (заведующий лабораторией электронов высоких энергий ФИАН), отвечает за жидкоаргонный детектор, это элемент детекторной структуры того же АТЛАСА, элемент довольно существенный, поскольку из-за огромной множественности рождающихся частиц при столкновении пучков столь высокой энергии для распознавания и восстановления треков требуется использование разного типа детекторов и регистрирующих устройств, и вот одно из них - это жидкоаргонный детектор.

На CMS фиановская группа под руководством Сергея Васильевича Русакова (главный научный сотрудник лаборатории электромагнитных взаимодействий ФИАН) занимается разработкой программного обеспечения, работает в сменах по калибровочным измерениям характеристик детектора, готовится к обработке данных.

Нужно отметить, что исследовательская деятельность в ЦЕРНе не замыкается только на экспериментах непосредственно в коллайдере. Очень важно, что выполняется большое количество экспериментов на всех ускорительных системах центра.

Так, например, группа доктора физ.-мат. наук Юрия Анатольевича Александрова (главный научный сотрудник лаборатории электронов высоких энергий ФИАН) участвует в проекте COMPASS - это многоцелевой детектор, на котором уже получены интересные результаты по B-мюонным исследованиям.

Целью проекта PS215/CLOUD (д.ф.-.м.н. Махмутов В.С., работы на ускорителе PS) являются фундаментальные исследования роли потоков заряженных частиц как в формировании электродинамических свойств атмосферы, так и в процессе глобальных изменений облачности и климата (в том числе - исследование космофизических причин наблюдаемого в последние годы процесса глобального потепления на Земле.

Также в ЦЕРНе действует антипротонный замедлитель AD, где изучается физика взаимодействий вещества и антивещества и успешно реализуется уникальный проект синтеза, накопления и исследования свойств ультрахолодного антиводорода несколькими экспериментальными коллаборациями. Основными физическими целями данных экспериментов является изучение физики взаимодействия вещества и антивещества, проверка методами атомной спектроскопии с высокой степенью точности (до 10^-18) сохранения фундаментальных симметрий, исследование гравитационных свойств антиводорода и поиск новых типов фундаментальных взаимодействий. Успешные экспериментальные исследования ультрахолодного антиводорода и его взаимодействия с веществом требует решения ряда теоретических проблем. Для их решения в работах теоретиков ФИАН (д.ф.-.м.н. О.Д.Далькаров) был предложен и развит квантовомеханический формализм для описания взаимодействия атомов водорода и антиводорода при ультранизких энергиях.