Пучки столкнулись

Вчера вечером в Большом адронном коллайдере были проведены первые столкновения пучков частиц. Это во многом историческое событие для гигантского прибора – в ходе первого запуска в прошлом году ученым не удалось дойти до этой стадии – авария прервала работу.

Пучки протонов в БАК циркулируют по двум вакуумным трубам в 27-километровом кольце в направлении по и против часовой стрелки. В четырех точках, где находятся детекторы эксперимента, – LHCb, CMS, ATLAS и ALICE – трубы пересекаются и происходит столкновение частиц, регистрируемое детекторами.

Вчера во всех четырех детектируемых точках были успешно осуществлены столкновения пучков частиц.

Вместе с тем в контексте всего эксперимента это событие является лишь вехой, даже не промежуточным итогом: пока столкновения проводят на рабочей энергии предыдущей ступени системы ускорителей – SPS (Super Proton Synchrotron), а она составляет всего 450 ГэВ. Сверхпроводящие магниты БАК сейчас не ускоряют частицы, а лишь выполняют работу по их фокусировке. Энергия вчерашних столкновений (900 ГэВ) почти на порядок меньше планируемой энергии столкновений при первом рабочем запуске БАК (7 ТэВ) и вдвое меньше рабочей энергии самого мощного из работающих на данный момент ускорителей – американского Теватрона в лаборатории имени Энрико Ферми (около 2 ТэВ).

Вчера специалисты-ускорительщики проводили во многом тестовый эксперимент. Единовременно по кольцу БАК циркулировали всего два пучка – по одному в каждом направлении. При этом, естественно, сталкивались они лишь в двух точках окружности. Первыми «изменниками» стали детекторы ATLAS и CMS (точки 1 и 5 на схеме). Именно на них планируется открытие «новой физики» при высокоэнергетическом столкновении протонов. Как сообщает пресс-служба Европейской организации ядерных исследований (CERN), детектор ATLAS зарегистрировал столкновение протонов вчера в 14.22 (16.22 мск), CMS «увидел» пересекающиеся пучки частиц вскоре после него. В этот же день вечером была проведена фокусировка частиц и первые столкновения в детекторах ALICE и LHCb (точки 2 и 8 на схеме).

«Это большое достижение – продвинуться так далеко за такое короткое время. Но мы не должны останавливаться – до начала физической программы БАК нам предстоит большая работа», – отметил генеральный директор CERN Рольф Хойер.

Столкновения частиц удалось провести всего через три дня после перезапуска БАК (в минувшую пятницу), благодаря отличной работе системы контроля пучка протонов. С момента перезапуска операторы по очереди пускали пучок то в одном, то в другом направлении и постепенно увеличили его время жизни до 10 часов. Сегодня последовательно была начата проводка пучков в обоих направлениях одновременно.

«Это замечательная новость, начало фантастической эры физики и, надеюсь, открытий после 20 лет работы международного сообщества, создавшего беспрецедентный по сложности и возможностям прибор», – считает представитель эксперимента ATLAS Фабиола Джанотти.

«Сегодняшнее событие – это начало второй половины невероятного путешествия к разгадке тайн природы», – сказал представитель эксперимента CMS Тейиндер Вирдее.

«Первые столкновения протонов в центре управления детектором ALICE все встретили стоя – просто не было места, чтобы могли сесть все желающие. Мы были очень рады, поздравляли друг друга. Это огромное по значимости событие», – считает представитель ALICE Юрген Шукрафт.

«Картина треков разлетающихся частиц, которую мы наблюдали на LHCb после столкновения, просто замечательная. Мы все готовы начать сбор серьезных данных уже через короткое время», – заключил представитель эксперимента LHCb Андрей Голутвин.

Сейчас запуск проводится при низкой интенсивности пучка протонов (попросту говоря, уменьшенном числе частиц в пучке) и на низкой энергии, чтобы минимизировать последствия возможной нештатной ситуации. Системы безопасности гигантского прибора планируется проверить в теперь уже рабочем режиме в ближайшие дни.

«Только когда мы проведем полную проверку и будем уверены в полной безопасности запуска, мы перейдем к увеличению интенсивности пучка», – отметил директор CERN по ускорителям Стив Майерс.

Следующим этапом работы CERN будет увеличение интенсивности вводимого в БАК пучка протонов и увеличение скорости (и, соответственно, энергии) частиц непосредственно в ускорителе. Инженерам предстоит решить, сталкивать ли пучки увеличенной интенсивности при текущей энергии или сразу перейти на более высокую. Если не возникнет непредвиденных трудностей, до католического Рождества (25 декабря, обычно за ним следуют двухнедельные рождественские «каникулы») БАК достигнет энергии в 1,2 ТэВ. Этой энергии все еще не будет достаточно для больших физических открытий, но ее хватит для точной калибровки приборов всех экспериментов БАК.