Физики научились следить за пучками частиц, не замедляя их

Международный коллектив ученых, в который вошли исследователи из Томского политехнического университета, добился прямого наблюдения так называемого дифракционного излучения Вавилова — Черенкова в видимом диапазоне. В ходе эксперимента ученым удалось показать, что это излучение возникает, когда пучок заряженных частиц пролетает мимо прозрачного диэлектрика, а не проходит сквозь него, как в традиционных схемах. При этом его мощности оказалось достаточно, чтобы дать информацию о характеристиках самого пучка, хотя ранее считалось, что этот эффект незначителен и не представляет интереса. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Излучение Вавилова — Черенкова было открыто Павлом Черенковым, за что в 1958 году он вместе с учеными, объяснившими это явление, получил Нобелевскую премию. Излучение возникает при движении заряженной частицы через прозрачную диэлектрическую среду, например воду, со скоростью, превышающей фазовую скорость света в этой среде. Это излучение можно наблюдать визуально, пример — характерное голубое свечение в бассейне ядерного реактора.

«Это излучение чрезвычайно полезно в физике частиц, ведь благодаря ему можно измерить характеристики заряженных частиц, которые проходят сквозь диэлектрик, — рассказывает один из авторов статьи, Александр Потылицын из Томского политехнического университета. — Детекторы на основе этого эффекта используются и в лазерно-плазменных лабораториях, токамаках, и в ускорителях, таких как Большой адронный коллайдер (БАК). Но здесь встает проблема: когда частица проходит через среду, она рассеивается, теряет энергию. В некоторых случаях этими эффектами можно пренебречь, а в некоторых — нет, поэтому нужны так называемые невозмущающие методы диагностики пучков частиц, получаемых на современных ускорителях».

Ранее ученые считали, что черенковское излучение, возникающее, когда частицы проходят в непосредственной близости от диэлектрика, но не пересекают его, слишком мало, чтобы брать его во внимание. Результаты моделирования, проведенного томскими учеными, и непосредственного эксперимента, прошедшего на американском ускорителе в Корнеллском университете, опровергли это мнение.

Во время эксперимента пучок позитронов проходил вблизи кварцевой призмы — на расстоянии менее 1 миллиметра. Генерируемое черенковское излучение из призмы отражалось от зеркала и собиралось линзой, а затем детектировалось чувствительной фотокамерой. По характеристикам зафиксированного светового пятна можно судить о параметрах исходного пучка позитронов, причем подобную диагностику можно проводить очень быстро, в режиме онлайн, что позволит техническому персоналу оперативно принимать решения по корректировке установки.

«Результаты эксперимента показали, что генерируемое черенковское излучение не оказывает существенного влияния на параметры пучка, — отмечает Потылицын. — При этом результаты хорошо описываются нашей моделью. Следующий этап исследований — диагностика субмикронных пучков, которую невозможно провести существующими инструментами. Мы планируем провести эксперимент на обладающем необходимыми параметрами пучка японском ускорителе в городе Цукуба, в Организации по изучению высокоэнергетических ускорителей (КЕК), чтобы доказать возможность использования черенковского излучения в таком невозмущающем формате для диагностики субмикронных пучков. Полученные результаты могут использоваться при создании следующей установки, сравнимой по масштабам с БАК, Международного линейного коллайдера в Японии».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.