Um grupo de jovens cientistas do NUST “MISiS” desenvolveu um protótipo de uma “armadilha” fundamentalmente nova de partículas elementares para o detector de LHCb no CERN, que está envolvido na busca por “matéria escura”. O novo dispositivo, atuando como um absorvedor de partículas elementares, é muito mais resistente à alta radiação emitida por um detector em funcionamento. Isso aumentará o fluxo de partículas elementares e, no futuro, para obter novos fenômenos em experimentos com mésons. Que tipo de "matéria escura" e qual é a característica do novo absorvedor - em nosso artigo.
Cerca de um quarto de toda a massa do Universo é a chamada
"matéria escura" . Além disso, não era chamado de escuro por causa da cor - o fato é que, até agora, os cientistas sabem muito pouco sobre isso, é inacessível a observação direta e se manifesta exclusivamente em ação gravitacional com corpos cósmicos. O termo foi amplamente usado em 1933, graças ao astrofísico americano Fritz Zwicky. Ele calculou que a velocidade de movimento das galáxias no aglomerado de cabelos de Veronika é muito maior do que deveria ter levado em conta a massa de todas as estrelas incluídas nele. Foi isso que sugeriu a presença de um "cavalo negro" - matéria invisível que afeta diretamente a interação gravitacional dos corpos cósmicos. Mais tarde, paradoxos gravitacionais semelhantes foram registrados em outras galáxias, e o fenômeno de uma hipotética "matéria escura" estava firmemente enraizado na astrofísica. Mais de 80 anos se passaram, e não foi possível detectar experimentalmente a matéria escura. Hoje, sua pesquisa é uma das principais tarefas dos cientistas que trabalham no detector de LHCb no CERN.
O LHCb é um grande detector de partículas elementares do CERN, projetado para estudar decaimentos de mésons B, ou seja, partículas contendo um b-quark (o chamado quark "adorável"). Nestas partículas, um fenômeno físico muito importante, mas ainda pouco estudado, a violação da simetria da PC se manifesta acima de tudo. Esse fenômeno leva ao fato de que o quadro de decomposição de partículas e antipartículas difere levemente, a matéria escura desaparece em algum lugar. É nas pesquisas dela que os cientistas participam, como parte do projeto LHCb.
Instale o LHCbA violação da simetria da PC desempenha um papel importante nas teorias da cosmologia, que tentam explicar a superioridade da matéria sobre a antimatéria em nosso Universo.
Um grupo de cientistas e engenheiros de materiais do NUST “MISiS”, juntamente com colegas do CERN (Genebra, Suíça), desenvolveu um protótipo de um novo absorvedor de partículas. Seu papel é absorver certos modos de partículas dispersas em alta velocidade e fixar a chamada avalanche de elétrons, formada a partir da colisão de partículas com a substância do absorvedor. Agora, essa parte do detector é uma série de placas paralelas de chumbo e entre elas existem "camadas" luminescentes.
O novo esquema envolve uma abordagem fundamentalmente diferente. No protótipo criado, o “sanduíche” dos painéis é substituído por “favos de mel”. As paredes são feitas de tungstênio e as células são cristais de granada quase transparentes. Essa estrutura permite suportar cargas de radiação ainda mais altas.
Protótipo do absorvente“Criar esse protótipo já é uma tarefa bastante séria da ciência dos materiais”, diz um dos participantes do projeto, professor associado do departamento de metalurgia do aço, novas tecnologias de produção e proteção de metal do NUST “MISiS”, Ph.D. Daria Strekalina. - A base do absorvedor é produzida pelo corte por descarga elétrica de chapas de tungstênio, o que não é tão simples, dada a dureza e fragilidade do tungstênio. Os cristais de granada são difíceis de cortar e não conduzem eletricidade, por isso é impossível aplicar os mesmos métodos a eles ".
Atualmente, o detector LHCb está fechado para reparos técnicos de rotina, devido ao fato de que a exposição a partículas pesadas - parte integrante de todos os experimentos - degrada seriamente os materiais de que é feito. Este período é usado ativamente para otimizar e melhorar as peças e componentes de um dispositivo complexo.
O protótipo foi testado em um acelerador no centro DESY (Hamburgo) em novembro de 2019. Resultados preliminares de experimentos mostraram a possibilidade de usar a tecnologia no detector LHCb atualizado.
A otimização do adsorvedor é apenas um dos vários projetos conjuntos do NUST “MISiS” e da Organização Europeia de Pesquisa Nuclear. Engenheiros e cientistas do NUST “MISiS” projetam e desenvolvem sensores de silicone resistentes à radiação exclusivos para o detector LHCb. Para outro detector CERN, o SHiP, os pesquisadores criam protótipos de elementos magnéticos supercondutores e também modelam a chamada câmara de decaimento, onde os principais "eventos" do experimento SHiP ocorrerão, os quais estão associados ao potencial surgimento de novas partículas.