Сегодня новосибирские ученые отмечают юбилей: сорок лет назад был введен в эксплуатацию электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-4. Тогда, в 1979 году, идея столкнуть электроны с позитронами казалась не менее фантазийной, чем когда-то идея Будкера, ведь нужно было для начала научиться производить эти самые позитроны. Однако сибирские ученые никогда не боялись сложных задач, и в Институте ядерной физики СО РАН изобрели и построили установку по созданию позитронов. У установки ВЭПП-2000 сегодня тоже круглая дата: в 1999 году началась модернизация комплекса, что позволило вывести работу на нем на новый уровень.
Достаточно одного клика
Инжекционный комплекс обеспечивает коллайдеры электронами и позитронами.
— Все начинается с производства интенсивного электронного пучка. Вот из этого катода — маленькой таблеточки, которая разогревается до 1 200 градусов, — мы прилагаемым высоким напряжением извлекаем электроны, — объясняет Данила Никифоров, младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН. — Затем ускоряем этот пучок и ударяем им в специальную позитронную мишень. Оттуда вылетают позитроны, которые отправляются в линейный ускоритель. Если для коллайдера нужны только электроны, то они, минуя мишень, отправляются в ускоритель.
Данный цикл должен повторяться многократно круглые сутки, и для этого нужна стабильная работа комплекса. Поэтому организована непрерывная работа диспетчеров, которые меняются каждые 12 часов.
Мониторная инжекционного комплекса пестрит экранами, на которые выводятся данные со всех систем.
Журналист в роли диспетчера
Задача диспетчера — следить, чтобы нигде не было сбоев. Еще четыре года назад это была поистине адская работа: нужно было вручную задавать параметры для отправки электронов на разные коллайдеры, причем делать это многократно, и одновременно следить за всеми показателями. В 2015 году комплекс был модернизирован, в итоге производительность выросла в разы: если в 2014 году установка производила 800 миллионов позитронов в секунду, то сегодня — 10 миллиардов. А вся работа диспетчера сводится к тому, чтобы в нужное время сделать пару кликов на экране компьютера. С этим справится даже совершенно несведущий в физике человек.
— Нажимайте на эту кнопку, — показывает Данила журналисту, решившему попробовать себя в роли диспетчера. — Все, электрон уже поступил в линейный ускоритель, а теперь направляется в накопитель-охладитель — это следующий этап. Здесь накапливается необходимое количество частиц, и, вращаясь в накопителе, пучок проходит стадию так называемого радиационного затухания и в результате фактически уменьшается в размерах в десять раз — примерно до 1 миллиметра. На все это уходит несколько секунд. Видите, датчики тока загорелись зеленым — это значит, пучок полетел по транспортному каналу к установкам.
Каждое измерение — кусочек пазла
Все эти позитроны и электроны по транспортным каналам поступают на ВЭПП-2000 или ВЭПП-4М.
— Мы с вами стоим над кольцом, которое получает пучок электронов и позитронов, — рассказывает Евгений Солодов, показывая на установки под лестницей. — Их потом инжектируем в коллайдер, там два сгустка встречаются в двух местах, где стоят два детектора, которые регистрируют, что происходит в результате аннигиляции электронов или позитронов. Специалисты ИЯФ СО РАН уже измерили десятки процессов с рождением адронов. Производительность установки и качество наших детекторов позволяет увидеть и измерить даже самые редкие, не встречавшиеся ранее процессы.
Чтобы увидеть прохождение электрона, в транспортном туннеле ставят световые ловушки. Фото Алексея ТАНЮШИНА
Каждое из этих измерений — кусочек пазла в теоретических расчетах физиков, и на основе таких вкладов в будущем они смогут делать надежные предсказания, собрать общую картину мира.
Эксперимент в стиле рок
— По сравнению с ВЭПП-2000 коллайдер ВЭПП-4М работает на более высокой энергии. В эксперименте на детекторе КЕДР коллайдера ВЭПП-4М с лучшей в мире точностью была измерена величина R в области энергии 1,84–3,72 гигаэлектронвольта. Результаты уже используются в современных теоретических расчетах, что позволяет сделать следующий шаг по точности в проверке Стандартной модели и, возможно, открытию проявлений Новой физики, — объясняет Корнелий Тодышев, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН. — Детектор КЕДР активно работает двадцать лет, и горизонт нашего планирования три-четыре года, а потом физическая программа просто исчерпает себя. В этом смысле нам важно, чтобы была запущена Супер С-Тау фабрика, о которой сегодня много говорят. Мы сможем построить более современный коллайдер, на котором будем проводить эксперименты, которые сегодня невозможны ни у нас, ни в мире.
Пока же в Новосибирске отключили и действующие коллайдеры: каждые 10 месяцев им дают передышку. Экспериментальный сезон физики считают закрытым, и это закрытие они отметили рок-концертом «Рок на высоких энергиях». Это тоже эксперимент: впервые на сцене, установленной на территории ИЯФ, выступили рок-группы города и сотрудники института. Если результаты эксперимента окажутся удачными, решено повторить его и в следующем году.