Японский коллайдер SuperKEKB установил рекорд светимости
SuperKEKB — электрон-позитронный коллайдер Лаборатории физики высоких энергий (KEK) в Цукубе (Япония). На установке реализуется международный эксперимент Belle II, являющийся продолжением Belle, где впервые, параллельно с экспериментом BaBar в лаборатории SLAC (США), было экспериментально обнаружено нарушение закона сохранения комбинированной четности в распадах B-мезонов.
«В эксперименте Belle II проводится прецизионная проверка современной теории элементарных частиц — Стандартной модели (СМ), а также поиском Новой физики — явлений за пределами СМ, — рассказал главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Семен Эйдельман. — Увеличение светимости коллайдера, то есть эффективности столкновения пучков частиц, позволит увеличить число зарегистрированных событий, например, рождения и распадов B, D-мезонов и тау-лептонов — как разрешенных СМ, так и процессов, подавленных или запрещенных теорией».
Предыдущий рекорд светимости был достигнут на протон-протонном коллайдере LHC (Large Hadron Collider) в Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) в 2018 г. Значение светимости установки составило 2,14×1034 см-2с-1. В июне 2020 г. коллайдер SuperKEKB побил существующий рекорд, достигнув 2,40×1034 см-2с-1. В течение нескольких последующих лет японский коллайдер достигнет своей проектной светимости, которая будет в 40 раз превосходить прежнюю величину, и составит 8×1035 см-2 с-1. Достижение 2020 г. стало возможным благодаря реализации на коллайдере SuperKEKB ряда передовых технологий в области ускорителей частиц, которые впервые в мире применены на таком большом ускорителе.
«Увеличение светимости происходит постепенно, сейчас специалисты занимаются настройкой различных систем SuperKEKB, — добавил Семен Эйдельман. — У коллайдера очень много параметров и систем, скажем так, «ручек», которые нужно покрутить, чтобы настроить оптимальный режим столкновения пучков и эффективность этих столкновений. Так, например, в коллайдере реализованы технологии «crab waist» и метод нано-пучков, которые способны повысить светимость установки в сотни раз, и все их нужно откалибровать. Метод «crab waist» был предложен итальянским физиком Панталео Раймонди, а в дальнейшее его развитие заметный вклад внесли физики ИЯФ СО РАН, которые провели множество расчетов и моделирований».
ИЯФ СО РАН внес большой вклад в создание ускорительного комплекса коллайдера SuperKEKB и детектора для экспериментов на новом коллайдере.
«В 2012 г. ИЯФ СО РАН было произведено и поставлено в КЕК 702 вакуумные камеры общей длиной около 1900 м для нового позитронного кольца коллайдера SuperKEKB. Камеры имеют сложный профиль, порты для присоединения вакуумных насосов и специальный блок для измерения положения пучка. Особенностью этих камер является то, что все их элементы изготовлены из высокопрочных алюминиевых сплавов, — рассказал главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, ведущий научный сотрудник МЦФЭЧиА НГУ, доктор физико-математических наук Борис Шварц. — Изготовление этих камер потребовало специальных расчетов и конструирования в КБ ИЯФ, а также освоения новых технологий в экспериментальном производстве ИЯФ. Важную роль в этом сыграл наш большой опыт в разработке и изготовлении ускорителей как для работ в Институте, так и для зарубежных лабораторий. Кроме того, в 2012 году в ИЯФ СО РАН было изготовлены 220 корректирующих магнитов для SuperKEKB».
По словам специалиста, большая работа была выполнена физиками Института и при создании детектора для экспериментов на новом коллайдере. «Группой ИЯФ СО РАН была разработана новая электроника электромагнитного калориметра детектора Belle II, создан необходимый пакет программ, произведена установка и настройка новой электроники. Был также разработан и создан монитор светимости, позволяющий измерять эту важную величину в реальном времени. Таким образом, рекордная светимость, опубликованная в данном сообщении, была измерена прибором, созданным нашими физиками», — пояснил Борис Шварц.
Следует отметить, что в подготовке и проведении эксперимента Belle II принимают активное участие студенты и аспиранты НГУ и ИЯФ СО РАН. «Участие в передовом международном эксперименте дает возможность молодым физикам получить уникальный опыт работы на самом современном оборудовании в составе большой команды физиков и внести свой вклад в получение новых физических результатов на самом передовом рубеже науки», — рассказал главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, заведующий лабораторией НГУ, доктор физико-математических наук Александр Кузьмин.
В международном эксперименте Belle II участвуют примерно 1000 физиков и инженеров из 119 университетов и лабораторий, расположенных в 26 странах и регионах по всему миру. От России, помимо группы из ИЯФ СО РАН и НГУ — самой большой по численности — принимают участие специалисты из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», Московского физико-технического института, а также Института физики высоких энергий им. А.А. Логунова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт».
Материал предоставлен пресс-службой ИЯФ СО РАН
