Эксперимент LHCf будет проводиться на нескольких маленьких детекторах. Они установлены в туннеле LHC на расстоянии 140 метров от центра детектора ATLAS, по обеим сторонам от него. Этот детектор будет регистрировать высокоэнергетические нейтральные частицы, фотоны, нейтроны и нейтральные пи-мезоны, рождающиеся в столкновениях и вылетающие практически вдоль оси пучков (буква f в названии эксперимента «намекает» на слово “forward” — вперед). Отделить эти частицы от основного пучка можно благодаря их электрической нейтральности. Протонный пучок, испытавший столкновение в центре детектора ATLAS, уже будет отклонен магнитом-разделителем пучков и пройдет мимо LHCf. Нейтральные же частицы, на траекторию которых магнитное поле не влияет, будут лететь по прямой и попадут в детектор (см. рис. 1).
Рис. 1. Схема расположения детекторов эксперимента LHCf. Нейтральные частицы, родившиеся в столкновении протонов в центре детектора ATLAS и вылетевшие вперед (волнистая оранжевая линия), не отклоняются магнитным полем и попадают в детектор LHCf. Схема не отражает реальные масштабы. Рис. И. Иванова Детектор LHCf состоит из двух калориметров с поперечными размерами 2 на 2 см и 4 на 4 см, слегка различающихся дизайном. На торцах калориметра будет располагаться также полупроводниковый детектор, который будет измерять координаты частиц в поперечной плоскости с точностью в десятые доли миллиметра. Ожидается, что энергия будет измеряться с точностью несколько процентов для фотонов и несколько десятков процентов — для нейтронов.
Эксперимент LHCf будет очень краткосрочным. Количество вылетающих вперед частиц будет очень велико, так что требуемое количество данных будет накоплено уже за неделю работы на светимости 1029 см–2·сек–1. После этого начнется быстрая деградация пластиковых сцинтилляторов от жесткой радиации, и как только светимость повысится до 1030 см–2·сек–1, детектор будет демонтирован.
Этот эксперимент относится не к самой физике элементарных частиц, а, скорее, к астрофизике. Его цель — улучшить понимание космических лучей высоких энергий. В эксперименте будет измерено, сколько нейтральных частиц и с какими энергиями рождается в направлении вперед в столкновениях протонов. Эти данные позволят проверить теоретические модели, описывающие столкновения протонов из космических лучей сверхвысоких энергий с атмосферой и развитие широких атмосферных ливней. Поскольку на LHC протоны сталкиваются лоб в лоб, а частицы космических лучей налетают на практически неподвижные ядра, то эксперимент LHCf сможет проверить модели космических лучей вплоть до энергии 1017 эВ.
Коллаборация
Над экспериментом LHCf работает 31 ученый из 6 стран мира. Наиболее представительны группы из Италии и Японии.
Дополнительная литература:
- Официальный сайт эксперимента LHCf.
- The LHCf detector at the CERN Large Hadron Collider // Journal of Instrumentation, 3 S08006 (2008) — технический обзор эксперимента.
