Российские физики улучшили работу коллайдера NICA еще до его запуска
Физики из Новосибирска и Дубны выяснили, как можно резко повысить эффективность работы коллайдера NICA, строящегося в Дубне, заставив порождаемые им частицы жить внутри его пучка в разы больше обычного. О результатах расчетов рассказывает пресс-служба Института ядерной физики СО РАН.
"Технология магнитов, компактный периметр, требования к сталкиваемым пучкам – все это делает машину сложной с точки зрения физики и техники ускорителей. Действие нелинейностей, таких как краевые поля квадрупольных магнитов оказывает значительное влияние на динамику пучков. Наши расчеты помогут настроить системы коррекции влияния краевых полей в коллайдере", — заявил Сергей Костромин, физик из ОИЯИ в Дубне.
Коллайдер NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) создается в Объединенном институте ядерных исследований на базе сверхпроводящего ускорителя Нуклотрон. Он будет изучать то, как ведут себя субатомные частицы в условиях, аналогичных тем, которые царили во Вселенной во времена Большого Взрыва, и искать следы новой физики в кварково-глюонной плазме.
В 2013 году этот проект вошел в число шести крупных научно-исследовательских проектов класса mega-science. В его создании, помимо России, принимают участие зарубежные партнеры ОИЯИ и десятки других научно-исследовательских институтов и организаций. Постройка NICA официально началась в 2016 году, и примерно через год он должен быть официально введен в строй.
Как отмечали разработчики установки еще при закладке ее первого камня, ускорительное кольцо, детекторы и все остальные элементы NICA будут собираться из самых передовых материалов и при использовании самых новых технологий. Это поможет коллайдеру получать информацию о столкновениях частиц примерно в 100-1000 раз быстрее, чем это делает его предшественник и главный "конкурент" – ускоритель RHIC в американском Брукхейвене.
Помимо самих научных приборов, немаловажную роль, как отметили ученые, играет и то, как именно их эксплуатируют и как они вырабатывают пучки частиц, удерживают их внутри кольца и заставляют сталкиваться друг с другом.
К примеру, эффективность работы любого коллайдера очень сильно зависит от того, насколько "кучно" движутся частицы и как долго они живут внутри особой зоны, так называемой "динамической апертуры", где экспериментаторы могут наблюдать за их столкновениями и управлять их движением.
"Если частицы находятся вне динамической апертуры, то они будут потеряны в процессе ускорения или накопления. От нее зависит время жизни пучка, эффективность инжекции частиц, а значит, в итоге количество столкновений частиц в единицу времени – светимость, другая важнейшая характеристика коллайдера", — отмечает Ксения Карюкина, физик из ИЯФ СО РАН.
Ученые из Новосибирска и их дубненские коллеги выяснили, как можно увеличить размеры этой области в полтора-два раза, не меняя геометрию самого ускорительного кольца, просчитав поведение ускоряемых частиц при помощи особых "генетических" оптимизационных алгоритмов.
Эти расчеты подсказали теоретикам, работу какой части магнитов NICA можно откорректировать таким образом, добавив новые блоки или поменяв манеру функционирования уже существующих компонентов, чтобы расширить динамическую апертуру и значительно повысить КПД работы всей ускорительной установки.
Как надеются исследователи, результаты их расчетов будут воплощены на практике, что ускорит набор данных и повысит шансы физиков на открытие частиц, чье поведение не описывается Стандартной моделью.