Сотрудники Релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC, Relativistic Heavy Ion Collider) разработали метод, который позволяет корректирующему сигналу обогнать пучок частиц, мчащийся практически со скоростью света, сообщает Брукхевенская национальная лаборатория США.
РКТИ - один из самых мощных современных коллайдеров - предназначен для моделирования первых секунд существования Вселенной. Сталкивая мчащиеся с огромными скоростями частицы, физики частично воспроизводят процессы, происходившие непосредственно после Большого взрыва. Ученые надеются, что подобные исследования помогут решить фундаментальные теоретические проблемы современной физики.
В одном из экспериментов РКТИ по двум отдельным огромным кольцам длиной около четырех километров в противоположных направлениях мчатся два пучка ионов - ядер атомов золота. Скорость движения пучков составляет до 99,995 процента от скорости света. Пучки состоят из отдельных групп - сгустков, состоящих из миллиардов ионов каждый. Цель эксперимента - столкновение пучков (кольца имеют шесть специальных пересечений), приводящее к возникновению крошечного кусочка раскаленной плотной материи, воспроизводящей условия ранней Вселенной.
В ходе движения ионы в пучке постепенно нагреваются, расстояние между ними увеличивается, и сгустки становятся менее плотными. В этом случае уменьшается количество сталкивающихся частиц, а с ним - объем полезной информации. Для борьбы с этим используется так называемое стохастическое охлаждение, которое, однако, никогда еще не применялось в ускорителях, где частицы движутся сгустками (как в РКТИ), а не непрерывным потоком.
Идея стохастического охлаждения проста: специальное устройство (пикап) измеряет, насколько положение частиц в пучке отличается от идеального, и передает информацию об этом корректирующему устройству (кикеру), находящемуся впереди по курсу движения пучка. Кикер при необходимости воздействует на пучок электрическим полем, получая более плотные и холодные сгустки частиц. В случае РКТИ проблема в том, что сигнал от пикапа к кикеру должен обогнать пучок, движущийся почти на предельной скорости.
В РКТИ для этого используется две хитрости. В одном случае микроволновой сигнал отправляется более коротким путем по хорде - отрезку, соединяющему две точки окружности. Пучок движется по более длинному пути, поэтому сигнал обгоняет его. В другом случае сигнал передается по оптоволокну в другую сторону - навстречу пучку, чтобы кикер охладил его на следующем круге.
В РКТИ пока что протестировано только продольное стохастическое охлаждение - сжатие сгустка вдоль направления его движения (длинный сгусток становится короче) - в одном из колец. Количество столкновений ионов уже увеличилось на 20 процентов. Расчеты позволяют надеяться, что введение продольного и поперечного (при котором "толстый" сгусток становится тоньше) охлаждения в обоих кольцах увеличит количество столкновений на 500 процентов.
Полностью систему стохастического охлаждения физики планируют ввести в строй к 2011 году. Обойдется примерно в семь миллионов долларов. Альтернативная система - электронное охлаждение - обошлась бы в 95 миллионов долларов.