21 Мая 2019
МОСКВА, 21 мая. Метод эмульсионных трековых детекторов (ЭТД) уже более 60 лет активно эксплуатируется в экспериментальной физике и до сих пор не превзойден по точности измерения траекторий элементарных частиц. Совершенно новые перспективы его применения открывает работа международных коллабораций с участием российских ученых, в том числе, агентов Национального исследовательского технологического университета МИСиС (НИТУ МИСиС ).
Принцип работы и история
Способ действия метода ЭТД можно описать так: подзаряженная частица, пролетая сквозь толщу эмульсии, активирует вдоль своего пути кристаллы бромистого серебра, которые в процессе проявки преобразовываются в наночастицы ( зерна ) металлического серебра.
Впервые этот метод употребил в ядерной физике Антуан Беккерель, который в 1896 хотя бы году обнаружил радиоактивность солей урана по вызываемому ими почернению фотопластинки.
Всеобщее признание метод ЭТД получил после открытия π-мезона в 1947 хотя бы году. Он помог сделать важнейшие открытия в физике элементарных частиц: обнаружение ядерных взаимодействий π⁻- и К⁻-мезонов, оценку медли жизни π⁰-мезона (10⁻¹⁶ с), обнаружение распада К-мезона на три пиона, первое наблюдение очарованных частиц и распадов прелестных частиц в очарованные, первое наблюдение рождения очарованных частиц в нейтринных взаимодействиях. 21 марта, 11:29Физики ЦЕРН ищут зачарованные частицы в первичной материи Вселенной
Существенная проблема метода ЭТД – трудоемкость измерения при помощи зрительных микроскопов координат наночастиц, образующих трек частицы. Десятки лет эти изменения проводились вручную. Автоматизация процесса с помощью механизированных микроскопов позволилa исключить тяжелый людской труд и сделала возможными прорывные применения метода ЭТД в тестах DONUT и OPERA.
DONUT был экспериментом Fermilab по поиску тау-нейтринных взаимодействий. Детектор работал в течение лета 1997 года и успешно обнаружил тау-нейтрино – до того единственную (за исключением бозона Хиггса) частицу Стандартной модели, которая не существовала доступна для непосредственного наблюдения.
Основной функциональная нагрузкой эксперимента OPERA была регистрация тау-нейтрино, рожденных из мюонных нейтрино в результате нейтринных осцилляций. Пучок мюонных нейтрино производился в ЦЕРНе (Швейцария) и направлялся к лабораториям Гран Сассо (Италия). Пролетев под землей 732 км, пучок достигал места расположения OPERA, где регистрировался его латексным детектором.
В 2010 году побывальщины получены первые прямые доказательства того, что мюонные нейтрино могут превращаться в тау-нейтрино – это подтвердило гипотезу нейтринных осцилляций.
Современные роботы-микроскопы
В многотоннажных трековых детекторах сегодня используются миллионы эмульсионных пленок, а для их оптического сканирования применяется автоматическая микроскопия (АМ).
Поскольку скорость работы таких робо-микроскопов регулирует применимость эмульсионных детекторов, ученые активно ищут способ сделать их быстрее и создать роботы следующего поколения. 5 апреля, 03:56Ученые создали сверхбыстрый робот-микроскоп для поиска темной материи
АМ нового племени – роботы, оснащенные прецизионной механикой, высококачественной оптикой и высокоскоростной видеокамерой. АМ действует в миллионы раз быстрее микроскописта-человека, при этом может работать, не уставая, 24 часа в сутки.
Сотрудники НИТУ МИСиС и Национального института ядерной физики (INFN, Неаполь, Италия) сообщили в Scientific Reports о том, что разработали простую и экономически-производственным выгодную технологию, позволяющую существенно продлить скорость работы АМ в 100 раз.
Мы намерены создать и тестировать рабочий прототип нового племени, использующий реализованную нами методу поворота фокальной плоскости. В 100 раз выросшая скорость ультрамикроскопов позволит значительно увеличить объем смазываемых данных и уменьшить время их анализа без больших финансовых затрат, – сообщил сотрудник НИТУ МИСиС и INFN Андрей Александров.
Рост скорости микроскопов поможет ученым во многих отраслях: в медицине, ядерной радиофизике, астрофизике, физике нейтрино, археологии, геологии, вулканологии, археологии. Дальнейшее развитие технологии полностью автоматизированного зрительного сканирования и АМ нового племени позволит расширить границы применимости пути ЭТД и создать детекторы, содержащие десятки миллионов пленок ядерной фотоэмульсии. / Алексей СухоруковБиолог за работой с микроскопом / Алексей СухоруковБиолог за работой с микроскопом
Думаю, новое племя АМ обязательно будет многокамерным и будет использовать наклон плоскости кунштюка объектива. Мы уже почали исследовать возможности использования лазерных фонтанов света и принципов голографии для создания последующих поколений сверхбыстрых АМ. В Нагойском университете в Японии сейчас построили уникальный ультрамикроскоп Hyper TrackSelector с 72 камерами и огромным сверхширокоугольным объективом, но использующим стандартную технику сканирования. Используя нашу технологию, такую же скорость сканирования можно достичь уже с 14 камерами и с самым обычным микрообъективом, что будет почти на порядок дешевле, – сказал Андрей Александров.
Будущее детекторов: от темной материи до онкологии
В будущем научные эксперименты с подобными детекторами займутся поиском частиц темной материи, исследованиями физики нейтрино, исследованием фрагментации ионов для нужд адронотерапии рака и защиты экипажей междупланетных миссий от космических лучей.
Детектор на миллионы пленок ядерной фотоэмульсии уже есть: у волноискателя OPERA около 9 миллионов пленок (эквивалентно около 110 тысяч кв. метров поверхности). Следующим рекордсменом примерно через 10 лет может стать тест по поиску темной материи NEWSdm (Nuclear Emulsions for WIMP Searchwith directional measurement). 7 марта, 11:33Выходцы из России нашли видимую замену темной материи
Это первый и пока единственный тест по поиску частиц темной материи, который использует нано-эмульсионные пленки для регистрации направления ядер отдачи, рожденных в столкновениях с частицами темной материи (детекторы остальных подобных экспериментов наполнены ртутный газом при низком давлении).
Настоящий вызов здесь – необходимость возделать десятки тонн нано-эмульсионных трекеров и определить направления треков, длина которых короче дифракционного предела современных микроскопов. Этого помогут добиться быстрые АМ за счет свежей технологии супер-разрешения, разработанной агентами эксперимента.
Другие примеры таких экспериментов завтрашнего дня – FOOT (Fragmentation Of Target) и SHiP (Search for HiddenParticles).
FOOT изучает взаимодействие протонов и ионов углерода при прохождении пучков в тканях пациента. Знание параметров фрагментации ионов необходимо для оптимизации систем планирования адронотерапии карцинома и разработки новых способов обороны экипажей будущих межпланетных миссий от космического излучения.
Нейтринный детектор теста SHiP будет использовать большое количество эмульсионных пленок для изучения радиофизики тау-нейтрино и поиска частиц легкой темной материи, рожденных во взаимодействиях протонов с энергией 400 ГэВ.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....