Цифровой журнал «Компьютерра» № 39

- Что такое пучок частиц? Это, скажем, десять миллиардов частиц, такое количество электронов в пучке, каждый из которых обладает энергией, близкой к 5,5 ГэВ. Это означает, что этот электрон движется практически со скоростью света и обладает энергией, равной приблизительно 5,5 массам покоя протонов. Как мы управляем энергией частиц? Мы их ускоряем в электрическом поле. Пройдя разность потенциалов в несколько сотен киловольт, частица увеличивает свою энергию, дальше она делает оборот в магнитном кольце ускорителя, и снова влетает в ускоряющее устройство. Потом, если бы эта частица не теряла энергию, ее энергия увеличивалась бы до тех пор, пока магнитное поле в установке позволяло бы удерживать ее на нужной траектории движения. На самом деле электроны и позитроны, двигаясь в магнитном поле ускорителя, излучают фотоны, тем самым теряют часть энергии. Поэтому мы добавляем энергию, а за время оборота частицы ее теряют. Можно подобрать такой режим работы установки, что энергия будет расти, пока не достигнет необходимой величины, и на этой энергии частицы попадают в состояние равновесия. То есть, сколько электронам добавляют энергии в ускоряющем промежутке, столько они ее и теряют на одном обороте. Установившаяся энергия есть энергия эксперимента. Сталкивают электроны и позитроны при этой установившейся энергии. Энергия частиц в коллайдере — управляемая величина. Энергию пучков для некоторых экспериментов нужно знать с предельно возможной точностью. Оказывается, что это технически непростая задача. Мы научились решать ее. Например, если энергия электрона 5 ГэВ, то мы можем знать ее с точностью до 10 КэВ. В некоторых экспериментах, особенно по измерению масс частиц, это оказывается очень важным. Наша установка является уникальной. Подобных ускорителей, на которых энергию можно измерять с такой точностью, в мире больше нет. Поэтому мы используем ее в основном для прецизионных измерений такого важного параметра для частиц, как масса. Мы измерили массы целого набора частиц. Этот эксперимент будет продолжаться до тех пор, пока мы сможем получать новую недоступную никому информацию.

– Ускоритель работает в непрерывном режиме?

- Наши установки работают, как правило, полгода в год. Сейчас ускоритель остановлен для небольшой модернизации, а в начале ноября мы планируем его снова включить.

– Расскажите, пожалуйста, про концепцию Круглых Пучков! Как она помогает повысить светимость?

- Для этого нужно понимать, что ограничивает интенсивность установки. Казалось бы, производи больше частиц, помещай их в этот ускоритель, сталкивай, и светимость будет расти. К сожалению, все гораздо сложнее. Вы знаете, в чем проблема управляемого термоядерного синтеза?

– Сложно удержать плазму.

- А почему ее сложно удержать? Строят же установки, чтобы удержать плазму и нагреть ее до нужной температуры и плотности. Казалось бы, заливай эту плазму как можно больше, вот тебе и термояд. К сожалению, плазма так же, как и электронный или протонный пучок, очень своеобразная материя, обладающая особыми свойствами. В частности, она не хочет удерживаться, она обладает таким количеством степеней свободы, что не хочет пребывать в состоянии управляемости, в ней все время норовят развиться различного типа неустойчивости. Это приводит к тому, что плазма попадает на стенку и теряется. Похожим образом ведет себя и пучок в ускорителе. Для того чтобы удержать сгусток внутри накопителя или коллайдера, требуются специальные меры. И чем больше интенсивность пучка, тем труднее его удержать в такой установке. Более того, в момент столкновения сгустков частиц, электромагнитное поле одного пучка действует на другой пучок, и возбуждает колебания. Развивается неустойчивость, пучок попадает на стенку и теряется. Это довольно сложный процесс, поэтому физика коллайдеров высокой интенсивности – это самостоятельная отрасль науки. У нас есть даже отдельная специализация – физика ускорителей. Для того чтобы создать новую установку, надо сначала понять, а будет ли пучок в ней жить, то есть предсказать «на бумаге», что она будет работать.