Ученые Белгородского государственного национального исследовательского университета (НИУ «БелГУ») совместно с коллегами из Японии смогли многократно повысить точность измерений параметров частиц в коллайдерах. По словам авторов, новый метод сыграет важную роль в работе Международного линейного ускорителя.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nuclear Instruments and Methods in Physics Research.

На коллайдерах исследуются результаты столкновений пучков заряженных частиц, скорость которых близка к скорости света (около 300 000 км/с). Данные о столкновениях позволяют исследовать взаимодействия уже известных элементарных частиц и обнаружить неизвестные. Создание новых ускорителей для сталкивания частиц с огромными энергиями — залог развития фундаментальной физики, объяснили в НИУ «БелГУ».

Эффективность таких установок во многом зависит от вероятности столкновения отдельных частиц друг с другом, для чего требуется сконцентрировать их пучки в как можно более узком пространстве — вплоть до нескольких десятков нанометров.

Измерить напрямую пучки столь малых размеров невозможно, однако косвенно их параметры можно определить по его расходимости и значению параметра под названием эмиттанс. Существующие методы его измерения, по словам ученых, неэффективны для пучков чрезвычайно малых размеров. Российским физикам удалось найти решение этой проблемы для позитрон-электронных коллайдеров.

«Наш метод определения эмиттанса позволяет работать с пучками электронов с энергиями порядка десяти ГэВ, продольный размер которых не превышает несколько микрон. Прежде удавалось измерять только параметры пучков с продольным размером не менее 50–100 микрон. Метод сыграет важную роль при создании Международного линейного коллайдера или альтернативного проекта. Можно считать, одна из принципиальных проблем перспективных коллайдеров решена», — рассказал профессор кафедры теоретической и экспериментальной физики НИУ «БелГУ» Игорь Внуков.

Предложенный способ основан на регистрации углового распределения дифрагированного переходного излучения пучка электронов в тонких кристаллах. В работе специалистов НИУ «БелГУ» для этого был использован кристалл кремния. При помощи специальных детекторов регистрируют угловые распределения излучения для двух расстояний между кристаллом и детектором — на основе этих измерений определяются размеры и эмиттанс пучка.

В исследовании принимали участие специалисты Японского института синхротронного излучения и центра синхротронного излучения SAGA LS (Япония). Предложенная методика определения размеров пучка уже прошла проверку на линейном ускорителе SAGA-LS.