Европейский центр по исследованию ионов и антипротонов (FAIR, Германия) и Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН) расширяют сотрудничество. В рамках визита в Новосибирск руководителей FAIR организации подписали несколько новых договоров, согласно которым новосибирские ученые разработают и изготовят дипольные магниты для накопительного кольца Collector Ring (CR), сверхпроводящий магнит для эксперимента CBM, а также проведут ряд исследовательских работ. Общая сумма подписанных контрактов составляет около 20 миллионов евро.

1 fair

Фото Наталья Купина 

Collector Ring – установка, в которой захватываются и охлаждаются заряженные частицы, после чего распределяются по другим ускорителям для проведения экспериментов. Для создания антипротонов первичный пучок протонов высокой интенсивности и энергии направляется на специальную мишень, рождающиеся при этом частицы захватываются в кольцо. Расчетная производительность установки – 10 миллионов антипротонов в секунду. Длина кольца – более 200 метров, стоимость – около 40 миллионов евро.

2 fair

Фото Наталья Купина 

Дипольные магниты CR предназначены для того, чтобы захватывать, формировать и направлять пучок ионов или антипротонов, а также для проведения экспериментов по изучению параметров редких короткоживущих ионов. Они «собирают» частицы, исходящие из мишени, магнитным полем направляют их по кольцу и удерживают там.
Дипольные магниты для FAIR – очень масштабные изделия. Каждый магнит имеет поперечный размер около 2 метров и весит 60 тонн, в CR будет 24 таких магнита, еще два будут расположены в канале транспортировки. Это сложное, высокотехнологичное научное оборудование, стоимость магнитов составляет чуть меньше половины стоимости всего кольца. Большой размер магнитов требуется, чтобы захватить большее количество частиц, вылетающих из мишени.

«Это не просто огромный кусок железа, – поясняет кандидат физико-математических наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией ИЯФ СО РАН Дмитрий Борисович Шварц. – Сложность в том, что нужно сделать магниты шихтованными, то есть слоёными – составить весь 60-тонный массив из тонких пластин, толщиной 1 миллиметр, при этом полюса магнита должны иметь правильную форму».

У магнитов для FAIR очень высокие требования к качеству поля, что обусловлено изучением редких короткоживущих ионов. Эти ионы попадают туда из мишени и совершают всего около ста оборотов. За это непродолжительное время необходимо с высокой точностью измерить их массу. Чтобы сделать это, поле магнита должно быть очень однородным, то есть одинаковым по величине и направлению, отклонение может составлять лишь одну сотую процента.

Справка

Европейский исследовательский центр ионов и антипротонов – FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) – крупнейший ускорительный комплекс по исследованию современной ядерной и субъядерной физики, создаваемый в Германии на базе Центра по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца (GSI Helmholtz Zentrum für Schwerionen Forschung, Дармштадт). Основная задача центра – изучение известных явлений физики элементарных частиц, от атомной до субатомной физики, и поиск процессов, выходящих за рамки Стандартной модели. Это беспрецедентный проект, сравнимый по масштабу с Большим адронным коллайдером (ЦЕРН), его стоимость оценивается примерно в 1 миллиард евро. Начало экспериментов на FAIR запланировано на начало 2020х гг.

В создании комплекса участвуют ведущие лаборатории Европы. Россия является одной из 15 стран-участников проекта FAIR, вторым после Германии партнером по объему вложений средств в создание установки, а ИЯФ СО РАН – один из ключевых российских участников.

Экспериментальный комплекс FAIR будет состоять из пяти частей. ИЯФ СО РАН разрабатывает «под ключ» одну из них – накопительное кольцо Collector Ring (CR), участок установки, в котором аккумулируются заряженные частицы и распределяются по другим ускорителям для проведения экспериментов. Расчетная производительность установки – 107 антипротонов в секунду. Длина кольца – более 200 метров, стоимость –около 40 миллионов евро. Создание установки предусматривает разработку, изготовление магнитных систем, источников питания, вакуумных камер, системы диагностики пучка, и технический запуск всего кольца в целом.

В конце октября ИЯФ СО РАН подписал с FAIR новый крупный контракт на разработку магнитных элементов для каналов перепуска пучков HEBT (High Energy Beam Transferline) на сумму 16 миллионов евро. Это оборудование обеспечит транспортировку высокоинтенсивных пучков антипротонов и редких ионов в каскаде накопительных колец, составляющих ускорительный комплекс. Общая длина транспортных каналов, по которым будут проходить пучки, составляет более километра.

Один из ключевых планируемых экспериментов на комплексе FAIR – проект PANDA - буквально позволит «заглянуть» внутрь таких частиц, как протон и антипротон. Это единственный в мире реализуемый в настоящее время проект, который будет использовать антипротонный пучок высокой интенсивности. Сложность этого проекта сопоставима с экспериментами ATLAS и ALICE на Большом адронном коллайдере, а для его проведения требуются уникальные условия, получение которых является сложнейшей задачей ускорительной и детекторной физики. В эксперименте PANDA участвует 500 ученых из 17 стран, в том числе из российских организаций, включая ИЯФ СО РАН.