Eine Gruppe junger Wissenschaftler von NUST "MISiS" entwickelte einen Prototyp einer grundlegend neuen "Falle" von Elementarteilchen für den LHCb-Detektor am CERN, der sich mit der Suche nach "Dunkler Materie" befasst. Das neue Gerät, das als Absorber für Elementarteilchen fungiert, ist wesentlich widerstandsfähiger gegen hohe Strahlung, die von einem Arbeitsdetektor abgegeben wird. Dies wird den Fluss von Elementarteilchen erhöhen und in Zukunft - um neue Phänomene in Experimenten mit Mesonen zu erhalten. Welche Art von "Dunkler Materie" und was zeichnet den neuen Absorber aus - in unserem Artikel.
Etwa ein Viertel der gesamten Masse des Universums ist die sogenannte
„Dunkle Materie“ . Darüber hinaus wurde es wegen der Farbe überhaupt nicht als dunkel bezeichnet - die Tatsache ist, dass Wissenschaftler bisher nur sehr wenig darüber wissen, dass es für die direkte Beobachtung unzugänglich ist und sich ausschließlich in Gravitationsaktionen mit kosmischen Körpern manifestiert. Der Begriff wurde 1933 dank des amerikanischen Astrophysikers Fritz Zwicky weit verbreitet. Er berechnete, dass die Bewegungsgeschwindigkeit von Galaxien im Veronika-Haar-Cluster viel höher ist, als es unter Berücksichtigung der Masse aller darin enthaltenen Sterne hätte sein müssen. Dies lässt auf die Anwesenheit eines „dunklen Pferdes“ schließen - einer unsichtbaren Materie, die einen direkten Einfluss auf die Gravitationsinteraktion der kosmischen Körper hat. Später wurden ähnliche Gravitationsparadoxien in anderen Galaxien aufgezeichnet, und das Phänomen einer hypothetischen „dunklen Materie“ war fest in der Astrophysik verwurzelt. Mehr als 80 Jahre vergingen und es war nicht möglich, dunkle Materie experimentell nachzuweisen. Heute ist ihre Suche eine der Hauptaufgaben von Wissenschaftlern, die am CERN am LHCb-Detektor arbeiten.
LHCb ist ein Detektor für große Elementarteilchen am CERN, der zur Untersuchung des Zerfalls von B-Mesonen entwickelt wurde, dh von Teilchen, die einen B-Quark (den sogenannten „schönen“ Quark) enthalten. In diesen Partikeln, einem sehr wichtigen, aber noch wenig erforschten physikalischen Phänomen, manifestiert sich vor allem eine Verletzung der CP-Symmetrie. Dieses Phänomen führt dazu, dass sich das Bild des Zerfalls von Partikeln und Antiteilchen geringfügig unterscheidet, dunkle Materie verschwindet irgendwo. Es ist ihre Suche, die Wissenschaftler im Rahmen des LHCb-Projekts durchführen.
Installieren Sie LHCbDie Verletzung der CP-Symmetrie spielt eine wichtige Rolle in kosmologischen Theorien, die versuchen, die Überlegenheit der Materie gegenüber der Antimaterie in unserem Universum zu erklären.
Eine Gruppe von Materialwissenschaftlern und Ingenieuren von NUST „MISiS“ entwickelte zusammen mit Kollegen vom CERN (Genf, Schweiz) einen Prototyp eines neuen Partikelabsorbers. Seine Aufgabe besteht darin, bestimmte Arten von Partikeln, die mit hoher Geschwindigkeit dispergiert sind, zu absorbieren und die sogenannte Elektronenlawine zu fixieren, die sich aus der Kollision von Partikeln mit der Substanz des Absorbers ergibt. Jetzt besteht dieser Teil des Detektors aus einer Reihe paralleler Bleiplatten, zwischen denen sich lumineszierende „Schichten“ befinden.
Das neue Schema sieht einen grundlegend anderen Ansatz vor. In dem erstellten Prototyp wird das „Sandwich“ aus den Paneelen durch „Waben“ ersetzt. Die Wände bestehen aus Wolfram und die Zellen sind fast transparente Granatkristalle. Diese Struktur ermöglicht es Ihnen, noch höheren Strahlungsbelastungen standzuhalten.
Absorber-Prototyp„Die Erstellung eines solchen Prototyps ist bereits eine ziemlich ernste materialwissenschaftliche Aufgabe“, sagt eine der Projektteilnehmerinnen, Associate Professorin der Abteilung für Stahlmetallurgie, Neue Produktionstechnologien und Metallschutz von NUST „MISiS“, Ph.D. Daria Strekalina. - Die Basis des Absorbers wird durch Funkenerosionsschneiden von Wolframplatten hergestellt, was angesichts der Härte und Sprödigkeit von Wolfram nicht so einfach ist. Granatkristalle sind schwer zu schneiden und leiten keinen Strom. Daher ist es unmöglich, dieselben Methoden auf sie anzuwenden. "
Derzeit ist der LHCb-Detektor wegen geplanter technischer Reparaturen geschlossen, da die Exposition gegenüber schweren Partikeln - ein wesentlicher Bestandteil aller Experimente - die Materialien, aus denen er besteht, ernsthaft beeinträchtigt. Dieser Zeitraum wird aktiv genutzt, um Teile und Komponenten eines komplexen Geräts zu optimieren und zu verbessern.
Der Prototyp wurde im November 2019 im DESY-Zentrum (Hamburg) auf einem Beschleuniger getestet. Erste Versuchsergebnisse zeigten die Möglichkeit, die Technologie im aufgerüsteten LHCb-Detektor einzusetzen.
Adsorberoptimierung ist nur eines von mehreren Gemeinschaftsprojekten von NUST „MISiS“ und der Europäischen Organisation für Kernforschung. Ingenieure und Wissenschaftler von NUST „MISiS“ entwerfen und entwickeln einzigartige strahlungsresistente Siliziumsensoren für den LHCb-Detektor. Für einen anderen CERN-Detektor, SHiP, erstellen die Forscher Prototypen von supraleitenden Magnetelementen und modellieren auch die sogenannte Zerfallskammer, in der die Hauptereignisse des SHiP-Experiments auftreten, die mit dem möglichen Auftreten neuer Partikel verbunden sind.