Долгожданный проект ускорителя элементарных частиц в Лаборатории Министерства энергетики США Fermilab совсем скоро станет реальностью. Этой весной завершилось испытание в Центре тестирования инжекторов PIP-II, или PIP2IT (PIP-II Injector Test Facility). Успешный результат открывает путь к созданию нового ускорителя элементарных частиц, который будет приводить в действие рекордные нейтринные пучки и управлять широкой программой физических исследований в Fermilab в течение следующих 50 лет.
Этот подвиг стал кульминацией более чем восьмилетней работы группы ученых, техников и инженеров над Proton Improvement Plan-II, или PIP-II.
— Я очень горжусь тем, как вся команда объединилась в разгар пандемии и достигла многого при таких неблагоприятных обстоятельствах, — сказала директор проекта Fermilab PIP-II Лия Мерминга.
PIP-II предоставит международному сообществу физиков элементарных частиц научную установку мирового класса, позволяющую проводить исследования, ориентированные на открытия с использованием нейтрино, мюонов и протонов. Он станет основой международного эксперимента Deep Underground Neutrino (DUNE), а также многих других экспериментов по физике элементарных частиц.
Ускоритель PIP-II будет иметь длину 215 метров и разгонять частицы до 84% скорости света. Он будет обладать уникальной способностью доставлять пучки частиц либо в постоянном потоке, либо в импульсном режиме. Машина будет состоять из 23 криомодулей — больших сосудов, в которых размещаются и охлаждаются сверхпроводящие полости. Эти полости будут обеспечивать основную часть ускорения частиц в PIP-II.
Амбициозные спецификации проекта сопряжены с множеством технических проблем. Например, PIP-II будет иметь пять различных типов сверхпроводящих резонаторов. Каждый тип требует отдельного прототипирования и тестирования.
PIP2IT был задуман и сконструирован, чтобы служить проверкой концепции для внешнего интерфейса. Он состоит из источника частиц и первой секции длиной ~30 метров.
Несмотря на глобальную пандемию, команде PIP2IT удалось совершить несколько новых подвигов для Fermilab. Это включало первое ускорение протонного пучка с использованием сверхпроводящей технологии, завершение строительства первого криомодуля SSR1, полностью разработанного и изготовленного на собственном предприятии, а также использование новой технологии защиты. Центр атомных исследований имени Бхабхи в Индии поставил один из резонаторов SSR1, отвечающий строгим требованиям к компоненту. Компания BARC также предоставила радиочастотные усилители мощности, которые питали криомодуль SSR1 и успешно обеспечивали ускорение луча в PIP2IT.
Ускоритель выполнил поставленные перед командой задачи. Машина достигла параметров пучка, необходимых для установки нейтрино с длинной базой, которая будет генерировать его для эксперимента с глубоким подземным нейтрино. PIP2IT достиг энергии пучка 16,5 миллиона электронвольт, силы тока 2 миллиампера с импульсами длительностью 550 микросекунд и частотой повторения 20 Гц. Он также продемонстрировал бесшовную интеграцию результатов работы национальных и международных партнеров.
Полная информация об этом достижении доступна в статье на сайте Fermilab.
