Последние новости
Главная / Наука / Linac 4 — новый мощный линейный ускоритель, который будет «кормить» протонами кольцо Большого Адронного Коллайдера

Linac 4 — новый мощный линейный ускоритель, который будет «кормить» протонами кольцо Большого Адронного Коллайдера

Linac 4 - новый мощный линейный ускоритель, который будет "кормить" протонами кольцо Большого Адронного Коллайдера

Почти после двух лет простоя, связанного с ремонтными работами и очередной модернизацией, Большой Адронный Коллайдер начинает подавать первые признаки своего «возвращения к жизни». Этими признаками стало включение нового мощного линейного ускорителя частиц Linac 4, который к настоящему моменту уже успел пройти ряд начальных тестов. Все эти тесты были направлены на проверку его возможности производить намного более высокоэнергетические лучи разогнанных частиц, чем это мог сделать его предшественник, ускоритель Linac 2, который находился в распоряжении Европейской организации ядерных исследований CERN последние 40 лет.

Напомним нашим читателям, что коллайдер был остановлен в декабре 2018 года с целью его глубокой модернизации, получившей название HL-LHC (High-Luminosity Large Hadron Collider). Когда коллайдер, являющийся самым большим и мощным ускорителем частиц в мире, будет выведен на полную мощность в 2026 году, он станет в семь раз мощнее, чем до последней модернизации. И за счет этого он сможет обеспечить ученым в десять раз большее количество данных, чем собиралось ранее за сопоставимые промежутки времени.

Как уже упоминалось выше, новый линейный ускоритель Linac 4 уже был полностью смонтирован и в течение последних нескольких недель проводились его первые тесты. Этот ускоритель является отправной точкой работы всего коллайдера в целом, ускоренные им протоны подаются в синхротронный ускоритель Proton Synchrotron (PS) Booster и оттуда дальше — в основное кольцо коллайдера. Энергия протонов, которые будут подаваться в ускоритель PS с ускорителя Linac 4, составит 160 МэВ, для сравнения, протоны на выходе ускорителя Linac 2 имели энергию порядка 50 МэВ. Ускоритель PS, используя более высокоэнергетические входящие лучи, сможет разогнать их уже до энергии в 2 ГэВ.

До середины августа этого года ускоритель Linac 4 вырабатывал только низкоэнергетические лучи, используя для их разгона только свою правую половину. 20 августа было произведено первое включение ускорителя, в котором была задействована его полная длина, и на выходе появились первые лучи максимальной мощности. Эти лучи были направлены в специальную ловушку, которая поглощает высокоэнергетические частицы, не производя потоков вторичного излучения.

Дальнейшие испытания ускорителя Linac 4 будут продолжаться еще несколько месяцев. В сентябре разогнанные лучи протонов уже будут посланы в сторону ускорителя PS через специальную линию «накачки». Но эти лучи также закончат свой путь внутри ловушки. Первый же луч, который будет уже подан в ускоритель PS, будет сгенерирован ускорителем Linac 4 7 декабря этого года. А первые лучи начнут циркулировать в кольце Большого Адронного Коллайдера с сентября 2021 года, на четыре месяца позже заранее запланированного срока, что связано с пандемией, вызванной вирусом COVID-19.

Смотрите также

Пространственно-временные волновые пакеты: Свет нового класса лазера бросает вызов фундаментальным законам физики

Пространственно-временные волновые пакеты: Свет нового класса лазера бросает вызов фундаментальным законам физики

Ученым удалось создать лазер совершенно нового класса, луч света которого не подчиняется некоторым фундаментальным законам физики и оптики. Лучи света этого лазера, которые ученые окрестили термином «пространственно-временные волновые пакеты» (spacetime wave packets), подчиняются каким-то особым правилам отражения и преломления. И эти новые правила можно будет в будущем поставить на службу людям в области коммуникационных технологий в первую очередь.

Из школьного учебника физики нам известно, что свет движется с различной скоростью в среде различных материалов. И чем больше плотность материала, через который проходит свет, тем с меньшей скоростью он, свет, движется в объеме этого материала. Наглядной демонстрацией этого принципа, который называется законом Снеллиуса, является ложка, опущенная в стакан с водой. За счет разницы между плотностями воздуха и воды кажется, что ложка «сломана» на границе контакта воздуха и воды.

Однако, лучи света нового лазера полностью игнорируют закон Снеллиуса. Более того, эти лучи не подчиняются второму из фундаментальных законов — принципу Ферма, который определяет, что свет всегда распространяется по самому короткому пути.

«Лучи пространственно-временных волновых пакетов могут быть настроены так, что они не изменят свою скорость или даже аномально ускорятся, проходя из менее плотного материала в более плотный материал» — пишут исследователи — «При помощи этого явления можно будет сделать так, что два импульса, излученные в разные моменты времени, окажутся в одной точке пространства одновременно, или так, что излученные в один момент импульсы окажутся в двух различных точках пространства одновременно».

Такие возможности, которые открывает нам использование пространственно-временных волновых пакетов, может иметь очень серьезные последствия для телекоммуникационной области. Ученые приводят в качестве примера синхронную отсылку сообщений с самолета на две субмарины, находящиеся на одной глубине, но на разном удалении от самолета.

С первого взгляда может показаться, что технология пространственно-временных волновых пакетов противоречит ряду ключевых законов классической физики, но ученые утверждают, что на самом деле все происходит в полном соответствии со Специальной теорией относительности. Ведь данная технология не оперирует собственно колебаниями электромагнитных волн фотонов света, а контролирует скорость, с которой движутся максимумы колебаний волн света. И делается это при помощи устройства, называемого пространственным оптическим модулятором, который реорганизовывает энергию каждого импульса света, «переплетая» его некоторые свойства в пространстве и времени.

«Пространственно-временное преломление света ломает многие из известных нам законов и принципов» — пишут исследователи, — «Но в качестве компенсации этого оно, это явление, дает нам массу новых возможностей для управления распространением света и некоторых его свойств».

Пространственно-временные волновые пакеты: Свет нового класса лазера бросает вызов фундаментальным законам физики

Ученым удалось создать лазер совершенно нового класса, луч света которого не подчиняется некоторым фундаментальным законам физики и оптики. Лучи света этого лазера, которые ученые окрестили термином «пространственно-временные волновые пакеты» (spacetime wave packets), подчиняются каким-то особым правилам отражения и преломления. И эти новые правила можно будет в будущем поставить на службу людям в области коммуникационных технологий в первую очередь.

Из школьного учебника физики нам известно, что свет движется с различной скоростью в среде различных материалов. И чем больше плотность материала, через который проходит свет, тем с меньшей скоростью он, свет, движется в объеме этого материала. Наглядной демонстрацией этого принципа, который называется законом Снеллиуса, является ложка, опущенная в стакан с водой. За счет разницы между плотностями воздуха и воды кажется, что ложка «сломана» на границе контакта воздуха и воды.

Однако, лучи света нового лазера полностью игнорируют закон Снеллиуса. Более того, эти лучи не подчиняются второму из фундаментальных законов — принципу Ферма, который определяет, что свет всегда распространяется по самому короткому пути.

«Лучи пространственно-временных волновых пакетов могут быть настроены так, что они не изменят свою скорость или даже аномально ускорятся, проходя из менее плотного материала в более плотный материал» — пишут исследователи — «При помощи этого явления можно будет сделать так, что два импульса, излученные в разные моменты времени, окажутся в одной точке пространства одновременно, или так, что излученные в один момент импульсы окажутся в двух различных точках пространства одновременно».

Такие возможности, которые открывает нам использование пространственно-временных волновых пакетов, может иметь очень серьезные последствия для телекоммуникационной области. Ученые приводят в качестве примера синхронную отсылку сообщений с самолета на две субмарины, находящиеся на одной глубине, но на разном удалении от самолета.

С первого взгляда может показаться, что технология пространственно-временных волновых пакетов противоречит ряду ключевых законов классической физики, но ученые утверждают, что на самом деле все происходит в полном соответствии со Специальной теорией относительности. Ведь данная технология не оперирует собственно колебаниями электромагнитных волн фотонов света, а контролирует скорость, с которой движутся максимумы колебаний волн света. И делается это при помощи устройства, называемого пространственным оптическим модулятором, который реорганизовывает энергию каждого импульса света, «переплетая» его некоторые свойства в пространстве и времени.

«Пространственно-временное преломление света ломает многие из известных нам законов и принципов» — пишут исследователи, — «Но в качестве компенсации этого оно, это явление, дает нам массу новых возможностей для управления распространением света и некоторых его свойств».

Cоздан самый яркий из существующих флуоресцентных материалов

Cоздан самый яркий из существующих флуоресцентных материалов

Группа ученых из университета Индианы, США, и Копенгагенского университета, Дания, преодолев несколько серьезных проблем, разработала технологию производства того, что можно назвать самым ярким флуоресцентным материалом на сегодняшний день. Более того, этот новый материал может эффективно выступать в роли наполнителя для красок и полимерных материалов, открывая возможности для создания элементов солнечных батарей следующего поколения, лазеров и многого другого.

Главная из проблем, которые были упомянуты в первом абзаце, заключается во взаимном влиянии флуоресцентных частиц, которые помещаются внутрь твердого тела или жидкого состава. Эти частицы располагаются хаотически, и большинство переизлучаемых ими фотонов света поглощается частицами, расположенными в непосредственной близости. Более того, если частицы касаются друг друга, то часть энергии поглощенного фотона света отбирается другой частицей. И все это, в свою очередь, снижает уровень флуоресценции, другими словами, краски и твердые материалы выглядят более тускло, чем они могли быть при «правильном» расположении частиц красителя.

Решением этой проблемы стали специальные макроциклические молекулы, имеющие форму звезды, которые не дают соприкасаться и взаимодействовать молекулам флуоресцентного вещества. Состав из этих макро-звезд был подмешан в краситель, и после этого в растворе образовались так называемые ионные изоляционные решетки. Эти решетки могут быть выращены в виде кристаллов, высушены и размолоты в порошки, которые, в свою очередь, могут быть нанесены тонким слоем на поверхности или включены в состав прозрачных полимерных материалов, придавая им соответствующий цвет.

Cоздан самый яркий из существующих флуоресцентных материалов

В новой технологии есть некоторые особенности. Ранее ученые уже пытались использовать макроциклические молекулы для подобной цели, но в этих попытках ученые использовали цветные молекулы. Сейчас же ученые использовали бесцветные версии таких молекул, что позволило частицам флуоресцентного красителя работать «на полную мощность» за счет наличия свободного пространства между ними.

У новых сверхярких материалов, по мнению ученых, имеется масса областей применения, включая сбор солнечной энергии, лазеры, технологии отображения информации, материалы с «переключаемыми» оптическими свойствами и т.п. И в ближайшем времени ученые планируют продолжить работу над новыми материалами с целью адаптации их производства под условия, специфичные для каждой конкретной области применения.

«Пока мы еще не знаем всех пределов возможностей этих материалов, которые относятся к совершенно новому классу» — пишут исследователи, — «В ближайшее время мы проведем некоторые исследования, которые принесут нам понимание того, как на самом деле работают эти материалы. После чего мы станем способны управлять их свойствами еще на этапе проектирования производства других вещей, в состав которых будут входить наши сверхяркие материалы».

Cоздан самый яркий из существующих флуоресцентных материалов

Группа ученых из университета Индианы, США, и Копенгагенского университета, Дания, преодолев несколько серьезных проблем, разработала технологию производства того, что можно назвать самым ярким флуоресцентным материалом на сегодняшний день. Более того, этот новый материал может эффективно выступать в роли наполнителя для красок и полимерных материалов, открывая возможности для создания элементов солнечных батарей следующего поколения, лазеров и многого другого.

Главная из проблем, которые были упомянуты в первом абзаце, заключается во взаимном влиянии флуоресцентных частиц, которые помещаются внутрь твердого тела или жидкого состава. Эти частицы располагаются хаотически, и большинство переизлучаемых ими фотонов света поглощается частицами, расположенными в непосредственной близости. Более того, если частицы касаются друг друга, то часть энергии поглощенного фотона света отбирается другой частицей. И все это, в свою очередь, снижает уровень флуоресценции, другими словами, краски и твердые материалы выглядят более тускло, чем они могли быть при «правильном» расположении частиц красителя.

Решением этой проблемы стали специальные макроциклические молекулы, имеющие форму звезды, которые не дают соприкасаться и взаимодействовать молекулам флуоресцентного вещества. Состав из этих макро-звезд был подмешан в краситель, и после этого в растворе образовались так называемые ионные изоляционные решетки. Эти решетки могут быть выращены в виде кристаллов, высушены и размолоты в порошки, которые, в свою очередь, могут быть нанесены тонким слоем на поверхности или включены в состав прозрачных полимерных материалов, придавая им соответствующий цвет.

Cоздан самый яркий из существующих флуоресцентных материалов

В новой технологии есть некоторые особенности. Ранее ученые уже пытались использовать макроциклические молекулы для подобной цели, но в этих попытках ученые использовали цветные молекулы. Сейчас же ученые использовали бесцветные версии таких молекул, что позволило частицам флуоресцентного красителя работать «на полную мощность» за счет наличия свободного пространства между ними.

У новых сверхярких материалов, по мнению ученых, имеется масса областей применения, включая сбор солнечной энергии, лазеры, технологии отображения информации, материалы с «переключаемыми» оптическими свойствами и т.п. И в ближайшем времени ученые планируют продолжить работу над новыми материалами с целью адаптации их производства под условия, специфичные для каждой конкретной области применения.

«Пока мы еще не знаем всех пределов возможностей этих материалов, которые относятся к совершенно новому классу» — пишут исследователи, — «В ближайшее время мы проведем некоторые исследования, которые принесут нам понимание того, как на самом деле работают эти материалы. После чего мы станем способны управлять их свойствами еще на этапе проектирования производства других вещей, в состав которых будут входить наши сверхяркие материалы».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *