Одна из главных задач экспериментальной физики сегодня – изучение сильновзаимодействующих частиц, адронов, получаемых на ускорителях путем столкновения протонов. После столкновения адроны движутся под малыми углами к направлению протонов, что, по словам ученых, затрудняет их изучение. Пока что отсутствуют детекторы, которые позволяли бы различать разные типы частиц с такими траекториями.
Для того, чтобы получить информацию о сорте этих частиц, ученые ставят на их пути специальные устройства – радиаторы. В области радиатора возникает так называемое переходное излучение – электромагнитный эффект, вызванный переходом заряженной частицы из одной среды в другую. Его анализ, как объяснили ученые, имеет ключевое значение при выделении и изучении различных типов адронов.
Ученым НИЯУ МИФИ впервые в мире удалось найти ряд теоретических и инженерных решений, позволяющих создать детектор переходного излучения (ДПИ) на основе высокогранулярных полупроводников. Экспериментальная часть исследования выполнялась на детекторе SPS Большого адронного коллайдера.
"Область в несколько градусов к направлению сталкивающихся протонов, в которой можно было бы проследить образование разных типов адронов, до сих пор в значительной степени остается "слепым пятном" для исследований на БАК. Работы в этой области позволят глубже проникнуть в структуру протона и изучить частицы внутри него и их взаимодействия. Кроме того, только разобравшись с этой проблемой, можно решить парадокс физики космических частиц, пока не имеющий адекватного объяснения – изменение спектра частиц при высоких энергиях вплоть до 10^17 эВ", – рассказал старший научный сотрудник кафедры физики элементарных частиц НИЯУ МИФИ Петр Тетерин.
Специалисты НИЯУ МИФИ впервые изучили спектрально-угловые распределения переходного излучения, а также аналитические выражения для его угловых распределений. Что позволяет создать детекторы нового типа для идентификации частиц.
"Нами была проделана большая экспериментальная и теоретическая работа по поиску новых эффектов и методик. На основе расчетов реалистических моделей ДПИ мы показали возможность определения спектров адронов с процентной точностью – это прорыв, который должен сыграть центральную роль в экспериментах, планируемых на БАК", – сообщил Тетерин.
По словам ученых, оказалось, что интерференционные эффекты в многослойных радиаторах меняют основной угол, под которым генерируется переходное излучение, а его зависимость от массы частиц может сильно отличаться от общепринятого закона.
Кроме того, в рамках исследования ученые НИЯУ МИФИ разработали новые радиаторы и прототипы детекторов различного типа, включая полупроводниковые детекторы с высоким разрешением.
В дальнейшем ученые планируют создать совместно с Объединенным институтом ядерных исследований в Дубне и одной из коллабораций ЦЕРН, MediPix, высококлассный детектор переходного излучения с возможностью прецизионного трекинга частиц для экспериментов в области физики высоких энергий и космических лучей.
Работа проводится при поддержке Российского научного фонда.
