Ускоряй и изучай: обзор новостей из мира физики элементарных частиц

Студент дополнил Лифшица и Ландау, Большому адронному коллайдеру не хватает энергии, ученые ищут темную материю на дне золотого рудника в Австралии и ускоряют частицы лазером. Подробности — в обзоре новостей из мира физики элементарных частиц.

Студент четвертого курса физического факультета Новосибирского государственного университета, старший лаборант Института ядерной физики им. Будкера Иван Образцов предсказал, а затем исследовал новый эффект в процессе рождения электрон-позитронных пар при столкновении нерелятивистских ядер. За исследование он получил медаль Российской академии наук.

Инициировали исследования в этом направлении Лев Ландау и Евгений Лифшиц — еще в 1930‑е годы. «В области низких энергий доминирует однофотонный, или, другими словами, тормозной, механизм. Ядра рассеиваются, при этом одно из ядер излучает виртуальный фотон, и он превращается в пару, — рассказывает Иван Образцов. — Первый вклад в этот механизм электрического дипольного излучения был вычислен советскими физиками. Их результат вошел во все учебники по квантовой электродинамике. Я же изучил вклад электрического квадрупольного излучения и показал, что именно он является доминирующим при малых скоростях сталкивающихся ядер».

БАК отстал от графика

В этом году после глубокой модернизации запустили Большой адронный коллайдер — из-за ковидных ограничений на год позже намеченной даты. Загрузка пока расписана до 2038 года. Но уже обсуждается предложение продлить работу БАКа до 2042 года. Дело в том, что коллайдер должен проработать столько, чтобы интегральная светимость, накопленная детекторами ATLAS и CMS, превысила 3 тыс. fb−1. Набор светимости существенно отстает от графика, и, кажется, достичь цели к концу 2030‑х не получится. Решение о продлении будет приниматься во второй половине 2020‑х годов, во время подготовки следующего цикла Европейской стратегии по физике частиц.

В этом году БАК остановят на плановый ремонт на две недели раньше срока, а в следующем эксплуатация будет сокращена на 20 %. «В свете глобального кризиса энергоснабжения и удорожания энергии, а также в рамках социальной ответственности мы примем меры, которые позволят значительно сократить энергопотребление в 2022 и 2023 годы, — говорится в заявлении ЦЕРНа. — Кроме того, разрабатываются меры для экономии энергии на территории центра: отключение уличного освещения на ночь, отсрочка на одну неделю начала отопления зданий, оптимизация работы в течение всего зимнего сезона».

Ветер темной материи

В конце лета состоялось официальное открытие первого детектора частиц темной материи в Южном полушарии нашей планеты. Обслуживающая его Подземная лаборатория физики в Ставелле (SUPL) оборудована в старом золотом руднике в Австралии. На глубине датчик защищен от электромагнитного излучения и космических лучей.

Ранее эксперименты на ускорителе частиц Gran Sasso в Италии (Северное полушарие) показали, что связанные с темной материей события, такие как столкновение ее частиц с атомами обычного вещества, чаще всего происходят в июне. Этой закономерности ученые предлагают два объяснения. Одни считают, что все из-за ветра частиц темной материи, через который Земля проходит в июне. Другие утверждают, что сигналы регистрируются из-за колебаний атмосферы, таких как увеличение влажности, что не имеет отношения к темной материи.

Сезонный цикл в Южном полушарии обратный Северному. И если активизация предполагаемой темной материи будет регистрироваться в июне, это подтвердит, что в этом месяце по Земле проходит ветер темной материи. Если в декабре — события связаны с сезонными изменениями.

Доступное ускорение

Американская компания TAU Systems заявила, что разработала революционную лазерную технологию ускорения частиц. Ученые используют лазеры, чтобы заставить электроны «серфить» на трехмерных плазменных волнах и разогнать их до высоких энергий. Лазеры могут создавать гораздо более интенсивные поля, чем в обычных ускорителях частиц, что позволяет достичь более высоких энергий на гораздо меньших расстояниях, то есть устройства можно сделать компактными и недорогими.

«Мы хотим демократизировать доступ к этим очень мощным исследовательским инструментам, — говорит Мануэль Хегелич, профессор Техасского университета в Остине и основатель TAU Systems. — Во многих странах нет ускорителей частиц, потому что они просто недостаточно богаты. Но они могут позволить себе одну из наших моделей, которая делает если не все, то большую часть того, что может обычный ускоритель».

Пока технологию протестировали в лабораторных условиях. Пилотный образец лазерного ускорителя TAU Systems рассчитывает презентовать в 2024 году, а к 2027 году начать продажу устройств.