Детектор ALICE. Фотонный спектрометр PHOS

А.А. Шаповалов

Детектор ALICE. Фотонный спектрометр PHOS

CERN

CERN - самый большой в мире центр, занимающийся исследованиями в области физики частиц, - блестящий образец международного сотрудничества. CERN занимается чистой наукой, в его задачи входит изучение следующих фундаментальных вопросов:

Что такое вещество?
Откуда оно появилось?
Как соединяются частички вещества, превращаясь в сложные объекты, такие как звезды, планеты и : человек?

    С помощью пучков частиц ученые проникают в самое сердце материи; исследуя столкновения частиц, пытаются ответить на поставленные вопросы.
    Более половины (около 7000) ученых всего мира, занимающихся физикой частиц, работают на оборудовании CERN. Они представляют 500 университетов и 80 национальностей.
    В ближайшие десятилетия CERN станет главным центром изучения фундаментальных свойств материи, поскольку в 2007 г. будет запущен Большой адронный коллайдер (БАК) - крупнейшая в мире установка для ускорения, накопления и столкновения пучков частиц сверхвысоких энергий.
    Ускорительный комплекс разрабатывался и совершенствовался на протяжении полувека. Ведущий ускоритель CERN - большой ускоритель со встречными электронными и позитронными пучками (ЛЭП) демонтирован, и в его туннеле, который имеет в окружности 27 км и находится глубоко под землей, установят БАК (LHC - Large Hadron Collider).

Большой Адронный Коллайдер

    Большой адронный коллайдер - ускоритель частиц, благодаря которому физики смогут проникнуть так глубоко внутрь материи, как никогда ранее. Работы на коллайдере предполагается начать в 2007 году. Их суть заключается в изучении столкновения двух пучков протонов с суммарной энергией 14ТэВ на один протон. Эта энергия в миллионы раз больше, чем энергия, выделяемая в единичном акте термоядерного синтеза. Кроме того, будут проводиться эксперименты с ядрами свинца, сталкивающимися при энергии 1150 ТэВ.
    Обладая самой высокой энергией из всех ускорителей в мире, БАК также будет иметь самые интенсивные пучки. Столкновения в ускорителе БАК будут порождать тысячи частиц, и их отслеживание - гигантская задача. Ключ к успеху проекта БАК - понимание того, что происходит во время столкновений. Для этой цели в CERN будут построены 4 огромных детектора - ATLAS, CMS, ALICE и LHCb.
    Высотой с многоэтажный дом каждый они будут буквально напичканы электроникой. В центре каждого детектора и будут происходить столкновения протонов с частотой около 800 млн. раз в секунду. Столкновения будут происходить так часто, что одни частицы после столкновений еще будут проходить через детектор, а в это время уже произойдут следующие столкновения. Каждое столкновение даст около 10 миллионов единиц информации. Каждый детектор БАК предоставит в 20 раз больше информации, нежели самый большой детектор, имеющийся на сегодня в CERN.
    В целом эти детекторы будут давать такое количество информации, какое на сегодняшний день сопоставимо с суммарной информацией, циркулирующей во всей европейской телекоммуникационной системе.
    Чтобы обработать всю информацию требуются передовое математическое обеспечение и электроника. Будут созданы распределенные по всему миру региональные компьютерные центры, в том числе и в России, связанные с центральным вычислительным центром CERN высокоскоростной компьютерной сетью. Для проведения таких глобальных распределенных вычислений разрабатывается новейшая технология, получившая название GRID.
    Тысячи физиков и инженеров со всего света вовлечены в сооружение детекторов БАК, и промышленность здесь играет существенную роль. Хотя детекторы строятся для решения вопросов фундаментальной науки, новые технологии, которые требуются для реализации этого строительства, уже способствуют возникновению идей, которые обещают огромные результаты в будущем.

		Рис. 1. Большой Адронный коллайдер. Ускорительное кольцо ЛЭП/БАК на фотографии (слева, верхняя) обозначено большим белым кольцом. Женевский аэропорт, находящийся в 4 км, виден на переднем плане фотографии, он дает представление о размерах ускорителей CERN.

Рис. 2. Расположение четырех детекторов: CMS, LHCb, ATLAS и ALICE (по часовой стрелке, начиная с левого нижнего рисунка).