Супер С-Тау фабрика — это будущий электрон-позитронный коллайдер, в научную программу которого войдет изучение частиц, содержащих очарованные кварки и тау-лептоны, а также поиск новых физических эффектов, не описываемых Стандартной моделью. Подготовительные работы по созданию масштабного коллайдера Супер С-Тау фабрика ведут ученые Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН.
Фабриками называют особый класс коллайдеров с высокой светимостью — величиной, которая определяет число рождений частиц, происходящих в единицу времени. Ожидается, что у Супер С-Тау она будет в сто раз больше, чем у существующих в мире установок.
Поиск методов достижения рекордной в мире светимости, разработка детекторных систем и моделирование сложных экспериментов — емкие задачи, которыми ученые продолжат заниматься до 2025 года.
«Основное преимущество Супер С-Тау фабрики в том, что мы широко и комплексно сможем исследовать самый тяжелый лептон (тау-лептон), очарованный кварк (с-кварк) и всю физику, связанную с ними. Это сотни различных измерений и опытов. Один из очень интересных экспериментов, который мы хотим провести, связан с поиском распада тау-лептона на мюон и фотон без нейтрино. В Стандартной модели это практически запрещенный процесс, очень маловероятный (10-50), но во многих моделях расширения Стандартной модели предсказывается, что вероятность этого процесса больше на много порядков. Нужно произвести огромное количество тау-лептонов, чтобы один из них распался в детекторе нужным образом. Сила Супер С-Тау фабрики именно в том, что благодаря высокой светимости она позволяет родить огромное количество тау-лептонов и очарованных кварков. Это тот случай, когда количество переходит в качество. Имея большое количество частиц, мы повышаем точность экспериментов, что позволяет проводить поиски Новой физики — явлений, не описываемых Стандартной моделью», — рассказал заместитель директора ИЯФ СО РАН, член секции Научно-технического совета Национального центра физики и математики «Ядерная и радиационная физика» доктор физико-математических наук Иван Борисович Логашенко. Ученый отметил, что на Супер С-Тау фабрике специалисты смогут изучать десятки редких распадов частиц, и это только одно из направлений планируемых исследований.
Проект Супер С-тау фабрики концептуально разработан. Сегодня исследователи занимаются детальной проработкой технических решений реализации установки. В ближайшее время специалистам предстоит провести оптимизацию, конструирование и прототипирование ключевых компонентов и систем коллайдера.
«Самое сложное и инновационное по техническим решениям направление в области создания Супер С-Тау фабрики — достижение ее рекордной светимости (производительности). По проекту, она будет в сто раз больше, чем у существующих в мире установок. Такой скачок достигается с помощью новых методов фокусировки и столкновения пучков, например метода под названием Crab Waist. Одной из наших важнейших задач является разработка и создание элементов финального фокуса пучка — части коллайдера, где пучки сжимаются и сталкиваются между собой», — отметил Иван Логашенко.
По словам ученого, система финального фокуса пучка состоит из нескольких сверхпроводящих магнитов, через которые пролетают частицы, двигающиеся навстречу друг другу в коллайдере прямо перед столкновением. Качество этих магнитов определяет, будет ли достигнута светимость в установке. Система финального фокуса должна быть компактной, ее разместят близко к месту столкновения пучков в условиях жесткой радиационной обстановки, поэтому основной деталью системы станет компактная сверхпроводящая квадрупольная линза с большим градиентом, производимая по инновационной технологии.
«Не менее уникальная часть работы по созданию Супер С-Тау фабрики связана с разработкой детекторной системы, которая позволит при большой светимости установки в условиях высокой загрузки получить высокую точность измерения параметров частиц, родившихся при столкновении пучков. Только такой детектор позволит использовать все возможности, которые нам даст большая светимость коллайдера. Сейчас необходимо технически проверить решения, предложенные теоретически ранее. Мы планируем прототипировать детекторные системы, то есть создавать их в миниатюре», — пояснил Иван Логашенко.
Третьим большим направлением подготовки Супер С-Тау фабрики является моделирование экспериментов на коллайдере. Результаты численного эксперимента позволят ученым подтвердить, что проектируемое устройство машины позволит выполнять задачи, которые будут решать специалисты, с необходимой точностью.
«На данном этапе мы моделируем ключевые эксперименты по измерению параметров очарованных частиц и тау-лептона, а также поведение электронного и позитронного пучка в ускорительном кольце. На уровне детального моделирования можно предсказать точность результатов наших экспериментов. В итоге мы определим, какие дополнения или изменения нужно внести в дизайн технических элементов машины и детектора. Без положительного результата на данном этапе невозможно приступить к физическому созданию Супер С-Тау фабрики», — уточнил ученый.
Подготовительные работы по созданию Супер С-Тау фабрики идут в ведущих научных институтах и центрах России: в ИЯФ СО РАН, Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН, Институте ядерных исследований РАН, Всероссийском научно-исследовательском институте экспериментальной физики и других. В ИЯФ СО РАН над проектом работает команда из нескольких десятков человек, которая включает специалистов в области ускорительной физики, детекторов элементарных частиц, криогенной техники и других областях. По словам Ивана Логашенко, ведущие ученые активно подключают к работе над проектом молодых исследователей и даже студентов: «Для них участие в проекте мирового уровня очень интересно и полезно в плане профессионального развития».
По материалам пресс-службы Национального центра физики и математики
