Физики нашли способ отслеживать «потерянные» в коллайдере частицы
Высокоинтенсивный пучок в ускорителе формируется из триллионов частиц, которые с огромной скоростью движутся по специальному тоннелю, удерживаемые полем сверхпроводящих магнитнов. Рассчитать траектории всех частиц, которые получаются при столкновении пучка с мишенью, не под силу даже современным суперкомпьютерам. Часть частиц все равно остается за пределами восприятия детекторов.
По словам авторов новой работы, опубликованной в журнале Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, потери в пучке являются одной из самых главных проблем высокоинтенсивных ускорителей частиц, таких как Большой адронный коллайдер (БАК) и Источник расщепляющихся нейтронов (SNS).
При столкновениях атомов в SNS образуются скопления нейтронов — около 20 частиц на один протон. Затем нейтроны летят через замедлители и вакуумные камеры к детекторам. Увеличение мощности ускорителя повышает количество создаваемых нейтронов. Это, в свою очередь, повышает научную производительность установки и позволяет проводить новые виды экспериментов. Но с ростом мощности увеличивается и радиус рассеивания частиц после столкновения, из-за чего некоторые из них не детектируются.
Чтобы решить эту проблему физики создали новый измерительный метод и проверили его работоспособность на точной копии SNS — установке под названием ORNL. Новая методика основана на том же подходе, который исследователи использовали в 2018 году для проведения первого измерения пучка в ускорителе частиц в шести измерениях. Кроме привычных координат x,y и z, такой метод позволяет также получить информацию об углах разлета частиц.
В новом исследовании физики использовали 6D-измерения в качестве базовой линии и снизили количество измерений, в которых ведется съемка, до двух. Это позволило ученым повысить разрешение детектора и управлять величиной рассеяния частиц, меняя входные параметры пучка. Уменьшив рассеяние, авторы смогли захватить детектором частицы, которые ранее выпадали из их поля зрения.
После интенсивных столкновений в коллайдере часть образующихся частиц может теряться — вылетать за пределы установки. Теперь ученые нашли способ избежать таких потерь