На LHC будет вестись эксперимент по поиску монополей

Установка первого квадратного метра детектора MoEDAL. Фото с сайта web.me.com/jamespinfold/MoEDAL_site

На Большом адронном коллайдере будут работать сразу семь экспериментов: кроме четырех крупных детекторов и двух небольших регистрирующих установок вблизи оси пучков, на LHC будет также накапливать статистику и утвержденный недавно эксперимент MoEDAL. Заметка об этом эксперименте появилась в свежем выпуске церновского бюллетеня.

Название MoEDAL расшифровывается как Monopole and Exotics Detector at the LHC («Детектор монополей и экзотики на LHC»). В соответствии со своим названием этот эксперимент будет искать (гипотетические пока) магнитные монополи и другие долгоживущие частицы с высокой ионизирующей способностью. По сравнению со сложнейшими детекторами, напичканными дорогой аппаратурой, MoEDAL — это очень дешевый, можно даже сказать простецкий, эксперимент. Заключается он в том, что на стенах и потолке подземного зала, в котором смонтирован детектор LHCb, будет установлено несколько многослойных листов из специального пластика, которые и сыграют роль детектора ионизирующего излучения. Никакой электроники тут не используется — просто по окончании одного-двухгодичного сеанса работы листы будут сняты, вытравлены щелочью и внимательно изучены. Частицы с высокой ионизирующей способностью оставят в них характерный след, который после травления превратится в хорошо заметный под микроскопом конический дефект.

Слева — разрушение полимерных цепочек вдоль траектории частиц с высокой ионизирующей способностью. Справа — образование конуса при вытравливании пластины; геометрия конуса зависит от силы ионизации. Изображение с сайта web.me.com/jamespinfold/MoEDAL_site

Имеется три типа частиц, которые будут видны в этом эксперименте. Во-первых, это гипотетические частицы, несущие магнитный заряд (магнитные монополи и дионы). Если они существуют, то, по законам электродинамики, они при пролете сквозь вещество оставят сильный ионизационный след. Во-вторых, это метастабильные частицы с большим электрическим зарядом, которые предсказываются в некоторых теоретических моделях. Третий тип частиц — это частицы с обычным электрическим зарядом, но «медленные», то есть движущиеся со скоростью много меньше скорости света, из-за чего они тоже будут намного сильнее ионизовывать вещество, чем ультрарелятивистские частицы.

Обычные детекторы совершенно не оптимизированы для поиска таких частиц. Скажем, при проектной частоте столкновений на LHC детекторы будут «ждать» частицы лишь 25 наносекунд, и всё, что придет после этого, они уже не будут связывать с данным пересечением протонных сгустков. Медленные частицы просто не успеют за это время вылететь из центра детектора, поэтому даже если они потом и будут зарегистрированы, детектор «не поймет», откуда они взялись и как их интерпретировать. Таким образом, при минимальных финансовых затратах эксперимент MoEDAL будет существенно дополнять возможности обычных детекторов.

Стоит пояснить, почему для этого эксперимента был выбран именно зал LHCb. В отличие от своих собратьев, детектор LHCb не окружает точку столкновения пучков со всех сторон, а построен с одного боку от нее. В результате столкновения протонов будут происходить в небольшом «чулане» подземного зала, стенки и потолок которого относительно свободны от аппаратуры. Именно тут, в относительной близости к точке столкновения и можно разместить пластиковые листы.

К настоящему времени установлен лишь 1 кв. метр пластин. В течение 2010 года этот квадратный метр будет регистрировать общий радиационный фон в «чулане». Затем планируется доустановить остальные пластины, которые в общей сложности должны покрывать площадь 25 кв. метров. Если в будущем окажется, что MoEDAL зарегистрировал что-то необычное, вероятно будет организован специальный сеанс на LHC для изучения именно таких частиц.

Более подробно с устройством и задачами эксперимента MoEDAL можно познакомиться на его сайте.