Кремнієві кристали допоможуть поліпшити якість експериментів на Великому Адронному Колайдері
Великий адронний коллайдер (БАК) є найпотужнішим прискорювачем часток з коли-небудь побудованих людьми. У тунелях БАК промені протонів розганяються до близькосвітлових швидкостей і до величезних енергій, а для управління цими променями використовуються системи потужних магнітів. Але, незважаючи на всі технічні рішення, управління пучками високоенергетичних частинок залишається досить складним заняттям, деяким з них вдається покинути межі променя, створюючи навколо нього ореол, який заважає проведенню тонких експериментів, збільшуючи фонові шуми, і може вивести з ладу чутливі датчики, магніти та інше дороге обладнання.
Для лову цих "норовливих" частинок фізики використовують ретельно розроблені пристрої, звані коліматорів. Ці коліматори вловлюють відбилися від променя частки і спрямовують їх у спеціальну мішень, яка поглинає частинки і їх енергію. У конструкції коліматором може використовуватися тільки невеликий ряд матеріалів, так як при зіткненні частинки і мішені виділяється дуже велика кількість тепла. Ті коліматори, які зараз встановлені на БАК, виготовлені з вуглецевих матеріалів, які мають високу теплопровідність. Але деяким часткам все-таки вдається уникнути пастки коліматора і вони встигаю "намотати" кілька сотень кіл по тунелях коллайдера, створюючи високий рівень перешкод і заважаючи проведенню експериментів.
Фізики з підрозділу CERN UA9 розробляють нову коллиматорную систему, яка буде побудована на базі крихітних кристалів кремнію. Завдяки тому, що структуру цих кремнієвих кристалів можна задати і виготовити з високою точністю, такі коліматори будуть захоплювати "блукаючі" частинки більш ефективно. А розміри нових пристроїв будуть в 300 разів менше розмірів використовуваних зараз вуглецевих коліматорів.
Перш ніж приступити до виготовлення нових коліматорів, фізики UA9 повинні були з'ясувати, чи зможуть кристали кремнію без шкоди витримати високий рівень радіації і високу температуру. Вони використовували прискорювач протонів CERN Super Proton Synchrotron accelerator, який стріляв протонами з енергією 450 мільярдів електрон-вольт у кремнієві кристали і виявили, що такі дії і величезні енергії ніяк не позначилися на цілісності кристалів.
Другою проблемою була необхідність строго визначеною орієнтацією осі кристалів та їх граней в залежності від енергії використовуваного протонного пучка. Вченим вдалося "зігнути" кристали під строго певними кутами і встановити їх на дослідному зразку кремнієвого коліматора, який буде встановлений на БАК під час його швидкої зупинки на обслуговування та модернізацію.
"Перед нами стояли дві складні технічні проблеми, які нам вдалося успішно вирішити в цьому році", - розповідає Уолтер Скэндэйл (Walter Scandale), співробітник UA9, в інтерв'ю журналу "Symmetry Magazine". - "Ми сподіваємося, що черговий пуск коллайдера, запланований на 2014 рік, пройде успішно, і наше нове пристрій зробить його ще більш точним науковим інструментом в руках людства".