Китайские физики планируют построить «фабрику», которая будет производить более 100 млн эта-мезонов в секунду для поиска темной материи и объяснения, почему во Вселенной больше обычного вещества, чем антивещества.
Лабораторию «фабрика супер-эта Хуэйчжоу» планируют построить в провинции Гуандун на базе ускорителя тяжелых ионов высокой интенсивности. Цель проекта — производить более 10 трлн эта-мезонов в год, что даст ученым возможности для изучения фундаментальных законов природы.
Эта-мезоны — особые нейтральные элементарные частицы, которые являются истинно-нейтральными, то есть являются античастицей для самих себя. Эти частицы претерпевают редкие распады, которые могут указывать на физику за пределами Стандартной модели.
Иллюстрация распада эта-мезона. Изображение: Rong Wang
«Мы провели всего несколько симуляций некоторых интересных каналов распада эта, что уже показывает захватывающий потенциал для открытий», — рассказал руководитель исследований моделирования Ронг Ван. Массовое производство частиц предоставит ученым статистические возможности для обнаружения едва заметных признаков новой физики.
У проекта три научные задачи. Первая — поиск частиц, которые связывают мир видимой и темно материи, такие как темные фотоны, темные бозоны Хиггса и аксионоподобные частицы. Это поможет найти кандидатов на роль темной материи. Вторая цель — анализ нарушения зарядовой четности, чтобы объяснить загадку преобладания материи над антиматерией. Третья задача — точная проверка теории сильного ядерного взаимодействия.
Центром установки станет Хуэйчжоуский адронный спектрометр — сложнейшая детекторная система с четырьмя основными компонентами. Она включает кремниевую пиксельную систему для отслеживания заряженных частиц, систему измерения времени пролета для их идентификации, электромагнитный калориметр для регистрации фотонов и сверхпроводящий магнит.
Устройство Хуэйчжоуского адронного спектрометра. Изображение: Rong Wang
Технические характеристики впечатляют: детекторы смогут определять положение частиц с точностью до 100 мкм — примерно как толщина человеческого волоса. Система сможет обрабатывать более 100 млн столкновений в секунду и при этом годами выдерживать воздействие высоких доз радиации. В будущих версиях ученые планируют добиться еще большей точности — синхронизации с погрешностью всего 1-5 наносекунд и размера пикселей детектора 40-80 мкм.
Проект описан в журнале Nuclear Science and Techniques. Если планы осуществятся, новая фабрика частиц может стать ключом к разгадке одних из самых глубоких тайн Вселенной.
