В CERN открыли новый ускоритель частиц

В CERN состоялось официальное открытие нового линейного ускорителя — Linac 4, первого нового ускорителя CERN с момента открытия Большого адронного коллайдера. Он станет первым элементом ускорительного комплекса БАК высокой светимости (HL-LHC), открытие которого запланировано на середину 2020-х годов. Установка будет ускорять гидрид-ионы до энергий в 160 мегаэлектронвольт перед переносом в протонный бустер. В создании Linac 4 участвовали российские физики и инженеры из Снежинска (ВНИИТФ) и Новосибирска (ИЯФ им. Будкера). Ускоритель будет подключен к системе коллайдера в 2019-2020 году, во время следующего длительного техобслуживания. Об этом сообщает пресс-релиз CERN.

Для разгона протонов до современных энергий БАК — 6,5 тераэлектронвольт — требуется несколько ускорительных установок. На первом этапе водород из обычной емкости (газового баллона) попадает в камеру линейного ускорителя Linac 2. Там с помощью мощного электрического поля атомы водорода разделяют на протоны и электроны. Затем протоны перемещаются в основную камеру, где с помощью электрического поля радиочастотных резонаторов они начинают разгон. Linac 2 сообщает протонам кинетическую энергию 50 мегаэлектронвольт, это менее пяти процентов их энергии покоя. Затем частицы попадают в протонный бустер (PSB), где происходит разгон до 1,4 гигаэлектронвольт на кольцевых траекториях. Эта энергия уже в полтора раза больше массы покоя протона. Следующие этапы: протонный синхротрон (25 гигаэлектронвольт), протонный суперсинхротрон (450 гигаэлектронвольт) и, лишь потом, Большой адронный коллайдер.


От синхронизации всей цепочки ускорителей и точности их работы зависит работа экспериментов БАК. Так, уже на этапе линейного ускорителя формируется плотность и интенсивность сгустков протонов, которые попадут в БАК. Чем больше эта плотность, тем больше оказывается вероятность столкновения частиц в точках, где пересекаются траектории пучков. Это позволяет фиксировать большее количество столкновений и получать больше научных данных — быстрее набирать статистику для поиска новых частиц и редких процессов. В проекте HL-LHC, Большого адронного коллайдера высокой светимости, ожидается поднять современную светимость в десять раз. Подробнее о понятии светимости можно прочесть здесь.

Для этого требуется модернизировать все основные ускорительные системы, в частности, Linac 2. Именно на смену ему придет Linac 4. На строительство установки потребовалось 10 лет, лишь в ноябре прошлого года она вышла на проектную энергию разгона — 160 мегаэлектронвольт. Это в три раза выше, чем энергия Linac 2. 

Физически Linac 4, как и другие линейные ускорители, представляет собой цилиндрический проводник, внутри которого перемещаются частицы. Заряд разных участков проводника управляется радиочастотными резонаторами — с их помощью ученые добиваются того, чтобы область проводника за заряженной частицей отталкивала ее вперед, а область перед частицей — притягивала к себе. Траектории частиц удерживаются в узком пучке с помощью небольших квадрупольных магнитов. Общая длина Linac 4 составляет 90 метров, он находится на глубине 12 метров под землей.

Вместо протонов Linac 4 ускоряет гидрид-ионы — протоны, окруженные двумя электронами. В сумме такие частицы несут отрицательный заряд. Сейчас системы инжекции протонов в синхротрон на основе гидрид-ионов используются почти во всех подобных ускорителях, непосредственно протоны ускоряют перед инжекцией лишь в Linac 2 и на ускорителе в Протвино. Системы с гидрид-ионами гораздо легче контролировать. Это позволяет избежать потерь при инжекции частиц в следующую ступень ускорителя и добиться большей плотности пучков, в частности, удвоить яркость пучка в протонном бустере. 

Linac 4 подключат к основному комплексу ускорителей во время длительного перерыва на техобслуживание, который состоится в 2019-2020 годах. Уже с 2021 года он поможет наращивать светимость Большого адронного коллайдера.

Это уже четвертый по счету линейный ускоритель в CERN. Первый прибор такого рода, Linac 1, был запущен в 1958 году. Он ускорял как легкие частицы — протоны и дейтроны, так и более тяжелые атомы кислорода или серы до энергий порядка 50 МэВ. В 1978 году для ускорения протонов был построен Linac 2, а в 1992 году для тяжелых ионов был построен Linac 3 — именно он обеспечивает ускорение ядер свинца для экспериментов ALICE.

Владимир Королёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Американцы составили водную карту поверхности Луны

Основываясь на уточненных спектроскопических данных, американские астрофизики составили первые количественные карты содержания воды на поверхности Луны. Полученные данные показали, что основным источником воды на поверхности Луны является солнечный ветер. А составленные карты могут потом быть использованы для уточнения теоретических моделей поведения летучих веществ на безвоздушных космических объектах. Работа опубликована в Science Advances.