Американские физики, работающие в лаборатории имени Ферми, и их коллеги из многих стран мира в пятницу вечером проводят на пенсию один из самых мощных ускорителей элементарных частиц – адронный коллайдер Теватрон, который за 28 лет работы помог ученым сделать множество открытий.

«Этот американский ускоритель будет закрыт, остановлен в связи с тем, что Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе гораздо лучше по своим показателям, дает гораздо больше информации, и нужды в Теватроне больше нет. Это совершенно естественный эволюционный процесс, когда старый ускоритель не применятся и приходится делать работу на новом ускорителе», – заявил ранее Стивен Чу (Steven Chu), глава министерства энергетики США (Department of Energy, DOE), которое управляет системой национальных лабораторий в США, в их число входит лаборатория имени Ферми, где находится Теватрон.

Теватрон (Tevatron) – протон-антипротонный коллайдер, кольцевой ускоритель, в котором сталкиваются пучки протонов и антипротонов, был построен в 1983 году. Результаты столкновений частиц в нем фиксируют два главных детектора – CDF и D0, на каждом из которых работают коллективы в несколько сот ученых. До запуска Большого адронного коллайдера в пригороде Женевы он был самым мощным в мире – энергия столкновений в нем составляла около 2 тераэлектронвольт (ТэВ – от этой единицы измерения он и получил свое название).

Завершение работы ускорителя планировалось в связи с успешным запуском БАКа, поскольку уже сейчас европейский ускоритель вышел на энергию в 7 ТэВ, а его проектная энергия составляет 14 ТэВ. Многие физики призывали продлить работу Теватрона до 2014 года, поскольку он во многих отношениях может дополнить работу БАКа. Однако в январе 2011 года министерство энергетики США из-за сложной финансовой ситуации отказалось продлить срок работы коллайдера.

Рис. 1. Большой адронный коллайдер – самый большой и мощный в мире ускоритель заряженных частиц.

Справка NNN: Большой адронный коллайдер – самый большой в истории ускоритель элементарных частиц, в его 27-километровом кольце сталкиваются разогнанные почти до световой скорости пучки протонов. Изучая результаты этих столкновений, ученые надеются получить новые данные о строении материи.

Чем выше светимость – количество протонов пролетающих за секунду через единицу поперечного сечения пучка, – тем больше столкновений частиц происходит, и тем быстрее физики смогут собрать необходимую информацию.

В 2010 г. светимость была доведена до значения в 2 на 10 в 32-й степени протонов за секунду на квадратный сантиметр. Накануне вечером это значение было увеличено до 2,5 на 10 в 32-й степени, сообщается в микроблоге ЦЕРН. Кроме того, накануне ученые впервые в этом году довели до 200 количество протонных сгустков (банчей) в пучке.

Большой адронный коллайдер был запущен после годичного перерыва 20 ноября 2009 г. Создание установки началось в конце 1990-х гг., а в сентябре 2008 г. состоялся ее торжественный запуск: физики успешно провели пучки протонов в обоих направлениях. Уже через неделю на ускорителе произошла крупная авария, связанная с выходом одного из магнитов из сверхпроводящего состояния. Ремонт повреждений и модернизация установки заняла больше года (по материалам РИА Новости).

В пятницу, в 14.00 по центральному времени США (23.00 мск) с выступления директора лаборатории Пира Оддона (Pier Oddone) начнется церемония прощания с Теватроном. Сотрудники лаборатории и все, кто работал с ускорителем, соберутся в главном контрольном зале ускорителя и в контрольных залах двух детекторов, чтобы отметить завершение работы установки.

Этапы большого пути

Разработка коллайдера началась еще в январе 1973 года, когда для него начали создавать сверхпроводящие магниты. В 1979 году министерство энергетики подтвердило решение о строительстве в Фермилабе сверхпроводящего ускорителя.

Первый из 774 магнитов был установлен в семикилометровом тоннеле коллайдера в 1981 году, а последний – 18 марта 1983 года. В июле того же года Теватрон впервые выдал пучок протонов, ускоренных до энергии 512 гигаэлектронвольт, после чего была начата программа работы с фиксированными мишенями. Наконец 13 октября 1985 года были проведены первые столкновения протонов и антипротонов.

О самом ярком открытии Теватрона стало известно 2 марта 1995 года, когда физики Фермилаба объявили об открытии топ-кварка – последнего из предсказанных теорией шести типов кварков и самой тяжелой среди всех элементарных частиц. Его масса составляет около 170 гигаэлектронвольт (1 электронвольт соответствует 1,8 на 10 в минус 36-й степени килограммов). Для сравнения, протон весит 0,938 гигаэлектронвольта, а электрон – 0,511 мегаэлектронвольта.

На ускорителе были получены атомы антиводорода и открыт последний недостающий B-мезон. В 2000 году на экспериментальной установке DONuT впервые удалось напрямую пронаблюдать тау-нейтрино.

В 2008 году на Теватроне началась серия экспериментов по поиску бозона Хиггса, последнего недостающего элемента современной физической теории – Стандартной модели. К настоящему моменту коллайдеру удалось значительно сузить диапазон энергий, где может скрываться Хиггс.

Теперь здесь музей

Руководитель коллаборации D0 Дмитрий Денисов сообщил РИА Новости, что в тоннеле коллайдера и в залах детекторов будет создан музей. По его словам, установки несколько переоборудуют, чтобы сделать их доступными для посетителей.

«Это будет стоить несколько миллионов долларов, и эти деньги мы уже получили. Примерно через год мы сможем принять первых гостей», – сказал Денисов.

Отвечая вопрос о том, сможет ли коллайдер послужить для исследований в «подземной физике» – исследованию нейтрино, что сейчас станет главным направлением работы Фермилаба, Денисов ответил, что тоннель Теватрона сравнительно неглубок, строился открытым способом, поэтому он непригоден для размещения детекторов нейтрино. Его детекторы также узко специализированные устройства, которые нельзя будет использовать в других целях.

Не расходимся!

Конец работы ускорителя не означает, что около тысячи физиков, работавших на нем, в пятницу вечером встанут и уйдут. В Теватроне в настоящую минуту продолжаются столкновения, детекторы собирают данные, и на их анализ и обработку понадобится несколько лет.

«К нам буквально сегодня присоединились два новых человека, которые сейчас только осваиваются. У нас впереди еще много работы», – сказал Денисов.

Возможно, физикам удастся обнаружить признаки существования бозона Хиггса – последнего недостающего элемента современной теории элементарных частиц, так называемой Стандартной модели, либо же «закрыть» его, что заставит ученых искать принципиально новые теории.

Кроме того, собеседник агентства отметил, что среди членов коллаборации лишь около 5% ученых являются штатными сотрудниками Фермилаба. Все остальные работают в университетах, участвуют во многих других экспериментах и будут постепенно переориентироваться на другие задачи.

По мнению Денисова, многие ученые переберутся в Женеву, где их опыт может быть полезен для работы на Большом адронном коллайдере.

Уходим под землю

Директор Фермилаба Пир Оддон отметил, что расставание с Теватроном проходит на фоне широкого обсуждения властями США перспектив «подземной физики» – исследований нейтрино, нейтральных частиц, практически не взаимодействующих с материей, которые удается зарегистрировать лишь с помощью специальных детекторов, расположенных глубоко под землей.

«В то время как мы говорим "прощай» Теватрону, Фермилаб должен удерживать лидерство… один из аспектов передовых исследований – изучение таинственного нейтрино", – сказал он.

В частности, лаборатория планирует участвовать в эксперименте LBNE (Long-Baseline Neutrino Experiment), в котором пучок нейтрино, полученный на одной из установок Фермилаба, будет фиксироваться подземным детектором, расположенным на расстоянии около 1 тысячи километров.

Эти исследования могут оказаться особенно актуальными в связи с новыми результатами, полученными физиками ЦЕРНа и итальянской лаборатории Гран Сассо, касающимися возможной сверхсветовой скорости нейтрино.