Von Mikrowelten bis Weltall: Russische Forscher stehen vor Durchbruch in Teilchenphysik

National Research Nuclear University MEPhI

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Forscher der Nationalen Nuklearforschungsuniversität MEPhI entwickeln einen einzigartigen Detektor für den Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC). Das berichtet das online Magazin "Sputnik".

Weiter heißt es diesbezüglich auf deren deutschen Webseite: "Nach Angaben der Wissenschaftler ermöglicht die neue Anlage erstmals die Erforschung jener Teilchen, die bislang als „blinder Fleck“ der experimentellen Physik gelten. Das teilte der Pressedienst der Universität mit.

Eine der Hauptaufgaben der experimentellen Physik ist die Erforschung von stark wechselseitig wirkenden Teilchen, Hadronen, die mit den Beschleunigern durch den Zusammenstoß der Protonen erhalten werden. Nach dem Zusammenstoß bewegen sich die Hadronen unter einem kleinen Winkel in Richtung Protonen, was den Wissenschaftlern zufolge ihre Erforschung erschwert. Bislang gibt es keine Detektoren, die die verschiedenen Typen der Teilchen auf solchen Bahnen unterscheiden könnten.

Um Informationen über die Art dieser Teilchen zu erlangen, sollen Radiatoren installiert werden. Im Radiatorbereich entsteht die so genannte Übergangsstrahlung – ein elektromagnetischer Effekt, der durch den Übergang eines geladenen Teilchens aus einer Umgebung in die andere ausgelöst wird. Seine Analyse ist von äußerst großer Bedeutung beim Erhalt und bei der Erforschung der verschiedenen Typen der Hadronen.

Wissenschaftler von der MEPhI konnten als erste weltweit eine Reihe theoretischer und technischer Lösungen finden, die die Schaffung eines Detektors der Übergangsstrahlung auf Grundlage der hochgranulösen Halbleiter ermöglicht. Ein experimenteller Teil der Studie erfolgte im Detektor SPS des Large Hadron Colliders.

„Ein Bereich von einigen Grad in Richtung zusammenstoßender Protonen, wo die Bildung verschiedener Typen von Hadronen geschieht, bleibt bis heute ein „blinder Fleck“ bei den Forschungsarbeiten mit dem Large Hadron Collider. Die Arbeiten in diesem Bereich würden es ermöglichen, in die Struktur der Protonen tiefer einzudringen und die Teilchen im Inneren und ihr Zusammenwirken zu erforschen. Zudem könnte man mit der Lösung dieses Problems ein Paradox der Physik der Weltraumteilchen besser erklären, das bislang keine adäquate Lösung hat – die Änderung des Spektrums der Teilchen bei hohen Energien bis 10^17 eV“, sagte der wissenschaftliche Mitarbeiter des Lehrstuhls für Physik der Elementarteilchen von MEPhI, Pjotr Teterin.

MEPhI-Spezialisten erforschten erstmals spektral-winkelige Verteilungen der Übergangsstrahlung sowie die analytischen Erscheinungen für seine winkligen Verteilungen. Damit lassen sich Detektoren eines neuen Typs für die Identifizierung der Teilchen entwickeln.

„Von uns wurden umfassende experimentelle und theoretische Arbeit zur Suche nach neuen Effekten und Methoden geleistet. Auf Grundlage der Berechnungen von realistischen Modellen zeigten wir die Möglichkeit der Bestimmung der Spektren der Hadronen mit prozentgenauer Präzision – das ist ein Durchbruch, der eine zentrale Rolle bei Experimenten, die bei dem Large Hadron Collider geplant werden, spielen“, sagte Teterin.

Laut Wissenschaftlern stellte sich heraus, dass Interferenz-Effekte in mehrschichtigen Radiatoren den Hauptwinkel ändern, unter dem die Übergangsstrahlung generiert wird, und seine Abhängigkeit von der Masse der Teilchen sich stark vom allgemein anerkannten Gesetz unterscheiden kann.

Zudem wurden von MEPhI-Forschern neue Radiatoren und Prototypen der Detektoren verschiedenen Typs entwickelt, darunter Halbleiter-Detektoren mit einer hohen Auflösung.

Des Weiteren wollen die Wissenschaftler zusammen mit dem Vereinigten Institut für Atomforschung in Dubna und der CERN-Kollaboration MediPix einen hochklassigen Detektor der Übergangsstrahlung mit einer Option eines Präzisions-Tracking der Teilchen für Experimente im Bereich der Physik der hohen Energien und Weltraum-Strahlungen schaffen.

Diese Forschungsarbeit wird vom Russischen Wissenschaftsfonds, Projekt Nr.16-12-10277, unterstützt. "

Quelle: Sputnik (Deutschland)