17:06 24 Novembre 2020
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Un rilevatore unico per il Large Hadron Collider (LHC) è stato sviluppato da scienziati della National Research Nuclear University MEPhI. Secondo quanto riferito dal servizio stampa dell’Università, il nuovo dispositivo consentirà per la prima volta di studiare quelle particelle la cui natura è ancora un "punto cieco" della fisica sperimentale.

Uno dei compiti principali della fisica sperimentale moderna è lo studio delle particelle fortemente interagenti, gli adroni, ottenute dagli acceleratori grazie alla collisione di protoni. Dopo la collisione, gli adroni si muovono con una determinata angolazione rispetto alla direzione dei protoni, il che, secondo gli scienziati, li rende difficili da studiare. Finora non esistono rilevatori che permettano di distinguere tra diversi tipi di particelle con tali traiettorie.

Per ottenere informazioni sul tipo di queste particelle, gli scienziati hanno inserito dispositivi speciali sul loro percorso: i rilevatori di radiazioni. Nell'area del rilevatore si verifica la cosiddetta radiazione di transizione, un effetto elettromagnetico causato dalla transizione di una particella carica da un mezzo all'altro. La sua analisi, hanno spiegato gli scienziati, è la chiave per isolare e studiare i diversi tipi di adroni.

Per la prima volta al mondo, gli scienziati della MEPhI sono riusciti a trovare una serie di soluzioni teoriche e ingegneristiche che consentono di creare un rilevatore di radiazioni di transizione (RRT) ​​basato su semiconduttori ad alto grano. La parte sperimentale dello studio è stata condotta presso il rivelatore SPS (Super Proton Synchrotron) del Large Hadron Collider del CERN di Ginevra.

"La regione di diversi gradi rispetto alla direzione dei protoni in collisione, in cui sarebbe possibile tracciare la formazione di diversi tipi di adroni, è ancora in gran parte un 'punto cieco' per la ricerca presso l'LHC. Il lavoro in quest'area consentirà una penetrazione più profonda nella struttura del protone e lo studio delle particelle. Inoltre, solo comprendendo questo problema, è possibile risolvere il paradosso della fisica delle particelle cosmiche, che non ha ancora una spiegazione adeguata - il cambiamento nello spettro delle particelle ad alte energie fino a 10 ^ 17 eV ", ha detto il ricercatore senior presso il Dipartimento di Fisica Elementare delle particelle della MEPhI, Petr Teterin.

Per la prima volta, gli specialisti della MEPhI hanno studiato le distribuzioni spettrale-angolari della radiazione di transizione, nonché le espressioni analitiche per le sue distribuzioni angolari. Ciò consente di creare rilevatori di un nuovo tipo per l'identificazione delle particelle.

"Abbiamo svolto una grande mole di lavoro sperimentale e teorico per cercare nuovi effetti e metodi. Sulla base di calcoli di modelli realistici dell'RRT, abbiamo mostrato la possibilità di determinare gli spettri degli adroni con una precisione percentuale - questa è una svolta che dovrebbe svolgere un ruolo centrale negli esperimenti pianificati presso l'LHC", ha detto Teterin.

Secondo gli scienziati gli effetti dell’interferenza nei rilevatori multistrato cambiano l'angolo principale in cui viene generata la radiazione di transizione e la sua dipendenza dalla massa delle particelle può essere molto diversa dalla legge generalmente accettata.

Inoltre, come parte dello studio, gli scienziati della MEPhI hanno sviluppato nuovi prototipi di rilevatori di vario tipo, compresi rivelatori a semiconduttore ad alta risoluzione.

In futuro, gli scienziati intendono creare, insieme al Joint Institute for Nuclear Research di Dubna e a una delle collaborazioni del CERN, MediPix, un rilevatore di radiazioni di transizione di alta qualità con la capacità di tracciare con precisione le particelle per esperimenti di fisica delle alte energie e raggi cosmici.

Questo lavoro è supportato dalla Russian Science Foundation, progetto n. 16-12-10277.

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