На Большом адронном коллайдере выполнены столкновения протонов с ядрами свинца

Стартовавшие в прошлый четверг испытания Большого адронного коллайдера (БАК) на возможность столкновения протонов с ядрами свинца завершились вполне успешно.

Готовясь к ним, специалисты Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) ещё в конце 2011-го пробовали ускорять пучки протонов и ионов свинца, не сводя их друг с другом. «Переход к столкновениям разнотипных частиц технически сложен, — рассказывает сотрудник ЦЕРН Джон Джоуэтт (John Jowett). — Такие события асимметричны по энергии, а участвующие в них пучки имеют разные размеры. Нам повезло, что все проблемы были решены очень быстро».

Результаты первых столкновений ядер свинца с протонами, зарегистрированных детекторами ALICE (сверху) и LHCb (иллюстрация ЦЕРН).

Сложности, о которых говорит г-н Джоуэтт, обусловлены конструкцией самогó БАКа, у которого оба кольца для встречных пучков содержатся в единой магнитной системе. Поворотные магниты направляют пучки по узким вакуумным трубам, создавая внутри них магнитное поле, ориентированное перпендикулярно плоскости ускорительного кольца, и отклоняя пролетающие мимо частицы на некоторый угол, зависящий от силы поля и импульса. Пучки согласуются по импульсу, и при нынешних параметрах ускорения протонов (от 0,45 до 4 ТэВ) более тяжёлые ядра свинца, содержащие 82 протона, разгоняются от 36,9 до 328 ТэВ.

Характерные для разнородных пучков расхождения в энергии и частоте обращения по кольцу вынуждают экспериментаторов устанавливать разные параметры сверхпроводящих радиочастотных резонаторов, во время пролёта сквозь которые и ускоряются частицы на БАКе. Внутри этих полых камер возбуждаются стоячие электромагнитные волны с заданной частотой колебаний, причём в те моменты, когда сгусток частиц проходит сквозь резонатор, колебание должно находиться в такой фазе, чтобы электрическое поле «подталкивало» протоны или ядра вперёд. Настраивая резонаторы на разные частоты, физики поддерживают стабильные орбиты пучков в процессе ускорения.

Основная серия опытов с протонами и ядрами стартует в январе 2013-го. Её результаты, как ожидается, помогут интерпретировать данные по симметричным столкновениям ионов свинца, проводимым на БАКе с 2010 года и на короткое время создающим кварк-глюонную плазму.

Подготовлено по материалам Института им. Нильса Бора.