Новый прибор для диагностики пучка, разработанный исследователями из QUASAR Group Ливерпульского университета, полностью введен в эксплуатацию на Большом адронном коллайдере (БАК) — самом мощном в мире ускорителе частиц. Это знаменует собой значительный прогресс в области физики ускорителей, обеспечивая более точный и неинвазивный мониторинг высокоэнергетических пучков частиц.
Сложность измерения пучка
Измерение свойств пучков частиц при экстремальных энергиях — сложная задача. Традиционные методы часто нарушают сами пучки, что снижает точность экспериментов. Новый прибор, известный как монитор газовой завесы (BGC), решает эту проблему, обеспечивая непрерывные, неинвазивные измерения на протяжении всего рабочего цикла БАК.
Принцип работы газовой завесы
Монитор BGC использует ультратонкий слой газа неона — «завесу», которая взаимодействует с циркулирующими протонами или ионами свинца. Это взаимодействие производит слабые вспышки флуоресцентного света, которые фиксируются сложной оптической системой. Анализируя эти вспышки, ученые могут определять размер и качество пучка с беспрецедентной точностью, начиная с этапа начальной инжекции (450 ГэВ) и до пиковой энергии БАК (6,8 ТэВ).
Кульминация многолетних разработок
Технология, лежащая в основе монитора BGC, была разработана и усовершенствована в течение десятилетия в QUASAR Group. Под руководством профессора Карстена П. Вельша команда преодолела множество технических препятствий, включая совместимость с вакуумом, оптический дизайн и интеграцию программного обеспечения. Устройство прошло обширные испытания в Институте Кокрофта перед установкой в ЦЕРНе.
Подтвержденная производительность и будущее влияние
Производительность монитора BGC превзошла ожидания, обеспечив высокоточные измерения как для протонных, так и для ионных пучков. Независимая проверка подтверждает, что результаты тесно согласуются с установленными диагностическими системами БАК, такими как телескоп синхротронного излучения и сканирование эмиттанса на экспериментах ATLAS и CMS.
Одобрение монитора BGC для непрерывной эксплуатации (~2000 часов в год) открывает двери для аналогичных систем в других крупных исследовательских центрах. В их числе Европейский источник спалляции в Швеции, электронно-ионный коллайдер в США и даже медицинские ускорители.
«Это достижение показывает, как университетские инновации могут напрямую формировать инструменты, поддерживающие работу крупнейших научных приборов в мире», — заявил профессор Вельш. «Это очень гордый момент для Ливерпуля и для всех студентов и исследователей, внесших вклад в это замечательное путешествие».
Монитор BGC представляет собой значительный шаг вперед в технологии ускорителей, обеспечивая более точный контроль и мониторинг пучков частиц на ведущих научных объектах мира.
