Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Физика элементарных частиц
Устройство и задачи LHC
Хронология создания и работы
LHC в работе
Результаты, полученные на LHC
Новости LHC
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Архив журнала «Химия и жизнь» за 40 лет!

На 4 CD или 1 DVD





Главная / LHC / Новости LHC

Новости Большого адронного коллайдера

Новости LHC по рубрикам: Детектор ATLAS - Детектор CMS - Детектор ALICE - Детектор LHCb - Прочие эксперименты на LHC - Результаты Тэватрона - Запуск и работа LHC - Технические аспекты LHC - Планы на будущее - Модернизация LHC - Ускорительные и детекторные технологии - Хиггсовский бозон - Суперсимметрия - Проверка Стандартной модели - Поиск Новой физики - Ядерные столкновения - Свойства адронов - Конференции и доклады - Обзоры - Ссылки - Методы обработки данных - LHC в СМИ - ЦЕРН - Образовательные проекты - Персоналии


31.10.14 | LHC

LHCb представила окончательные результаты по CP-нарушению в Bs-мезонах

Результаты экспериментов по измерению смешивания в Bs-мезонах

В преддверии нового сеанса работы Большого адронного коллайдера (Run 2), экспериментальные группы постепенно завершают обработку данных, накопленных к настоящему времени во время сеанса Run 1. Недавно в ЦЕРНе пошла небольшая конференция Implications of LHCb measurements and future prospects, целиком посвященная результатам коллаборации LHCb. Среди прочего там были представлены окончательные данные по измерению CP-нарушения в Bs-мезонах (адроны с кварковым составом s-анти-b).


Пучковое время используется для тестирования новых детекторных технологий

С точки зрения экспериментов в ЦЕРНе сейчас межсезонье. С одной стороны, пучки уже начали циркулировать в низкоэнергетических ускорителях ЦЕРНа и ряд экспериментов приступил к набору данных. С другой стороны, до главного кольца Большого адронного коллайдера протоны еще доберутся нескоро. Поэтому у детекторных коллабораций сейчас есть некоторое время для тестирования нового оборудования, которое находится еще в процессе разработки и которое планируется использовать лишь в будущем. В ежемесячном информационном выпуске ЦЕРНа PH Newsletter рассказывается о трех примерах таких технических исследований:

  • Коллаборация LHCb совместно с Medipix3 Collaboration уже начали тестировать новый пиксельный детектор Timepix3, который должен быть установлен на LHCb в 2019 году на следующем этапе модернизации детектора.
  • В рамках глобального проекта AIDA, который нацелен на детекторные технологии в будущих экспериментах с элементарными частицами, также разрабатывается новый пиксельный детекторный телескоп с очень высоким разрешением. В будущем он позволит восстанавливать траектории частиц с точностью в несколько микрон, что очень поможет в опознании короткоживущих частиц.
  • Коллаборация CMS сейчас разрабатывает RPC-детекторы для эффективной регистрации мюонов с очень высоким временным разрешением. Предварительные результаты, полученные благодаря протонам с ускорителя PS, очень обнадеживающие.


ATLAS представил новые результаты по распадам хиггсовского бозона

Анализ всего массива данных за первые три года работы коллайдера постепенно продходит к концу. Двухфотонный распад бозона Хиггса — главная интрига последних трех лет — оказался, к большому разочарованию физиков, слишком стандартным. Распады бозона на другие частицы, несмотря на отдельные любопытные отклонения, также не дают никаких серьезных свидетельств в пользу Новой физики. Сейчас главные ожидания связываются с новым сеансом работы коллайдера, который начнется весной будущего года, а тем временем коллаборации добросовестно завершают анализ всей полученной к настоящему времени информации.

На днях в ЦЕРНе прошел специальный семинар, на котором коллаборация ATLAS представила свои новые и, скорее всего, окончательные результаты по распаду хиггсовского бозона на тау-лептоны и на W-бозонную пару. Анализ этих частиц чуть сложнее, чем в случае фотонов или Z-бозонов, поскольку в их распадах вылетают нерегистрируемые нейтрино. Тем не менее с помощью целого ряда методик, на которых исследователи уже «набили руку», такие сложные ситуации тоже распутываются. Результаты таковы: в обоих каналах распада хиггсовский бозон хорошо виден (статистическая значимость достигает 4,5σ для тау-лептонов и 6,1σ для W-бозонов), а вероятности этих распадов согласуются в пределах погрешностей со Стандартной моделью. Подробности исследования можно найти на сайте коллаборации. Напомним, что коллаборация CMS свои данные по распаду на фермионы и по W-бозонам уже опубликовала ранее.

По-видимому, в ближайшие месяцы обе коллаборации еще обнародуют данные по редким вариантам рождения и распада бозона и, возможно, представят окончательную сводку результатов по всем исследованным свойствам этой частицы. После этого всё внимание переключится на набор и анализ новых данных на повышенной энергии. Первые результаты должны появиться летом 2015 года.


Завершается модернизация всех детекторов на LHC

Двухлетняя пауза в работе коллайдера используется специалистами для модернизации не только ускорителя, но и всех работающих на LHC детекторов. На прошедшем на днях 119-м совещании Комитета по экспериментам на LHC были представлены отчеты всех детекторных коллабораций о текущем состоянии работ на их установках. Вкратце: благодаря огромному объему технических работ, проведенных в последние полтора года, обновленные детекторы готовы во всеоружии встретить новый поток данных на повышенной энергии и светимости, который коллайдер начнет поставлять детекторам в апреле 2015 года.

Все четыре крупные коллаборации, ATLAS, CMS, ALICE, и LHCb, обрисовали ключевые научные результаты, полученные ими за последнее время, а затем перешли непосредственно к «железу». Были перечислены многочисленные этапы длинной программы модернизации: новые компоненты детекторов, кампания по замене неисправных элементов, обновление систем контроля и электроники, вплоть до полностью переписанного программного обеспечения, контролирующего работу детекторов. Были также кратко обрисованы конкретные планы модернизации на следующие длительные паузы в работе коллайдера: LS2 в 2018–2019 годах и LS3 в 2023–2024 годах.

Сейчас детектор ATLAS уже закрыт, а в CMS ведутся последние приготовления. В ноябре-декабре оба детектора проведут специальные сеансы работы с космическими лучами. Вместо протонных пучков в ускорителе источником событий будут космические мюоны, «добивающие» до детекторов сквозь землю. Эти сеансы позволят протестировать обновленные детекторы и измерить технические характеристики оборудования.

Эксперимент TOTEM, изучающий рассеяние протонов на очень малые углы, также рассказал о своих недавних публикациях, об уже реализованных технических новшествах в установке и о двух новых проектах, обнародованных в сентябре, — Timing Measurements in the Vertical Roman Pots of the TOTEM Experiment и CMS-TOTEM Precision Proton Spectrometer. Эти проекты, которые предполагается выполнять совместно с CMS, расширят круг научных задач TOTEM. Наконец, был представлен и отдельный доклад касательно будущих исследований адронной дифракции и рассеяния на малые углы на других небольших специализированных установках.


Ускоритель SPS на днях возобновит свою работу

Подготовка к запуску Большого адронного коллайдера идет полным ходом. В главном ускорительном кольце LHC продолжается охлаждение аппаратуры до рабочей температуры и ведутся разнообразные проверки. Эта стадия продлится до конца года. Тем временем вся цепочка предварительных ускорителей постепенно вступает в строй и начинает поставлять протонный пучок в многочисленные церновские эксперименты (напомним, что в ЦЕРНе, помимо Большого адронного коллайдера, ведутся десятки других экспериментов). В июне мы писали, как запускались самые первые звенья в цепочке предварительных ускорителей, Linac2 и PS. В июле началась работа в тех экспериментах, которые получают пучок из этих ускорителей. В сентябре заработали эксперименты, использующие пучок антипротонного замедлителя.

Теперь подходит время для запуска ускорителя SPS, последней «промежуточной станции» протонного пучка перед инжекцией в LHC. Несмотря на некоторые технические проблемы, 13 сентября, после полуторалетней паузы, протонный пучок снова начал циркулировать в SPS. Прямо сейчас ведется настройка пучков (см. подробное расписание на странице The PS, SPS and AD Users Schedules). В первой половине октября SPS возобновит свою регулярную работу, и в частности, начнется набор данных в эксперименте COMPASS.


Поиск смещенных фотонов в детекторе ATLAS не выявил ничего необычного

Распределение количества событий со смещенными фотонами

Пока коллайдер готовится к новому этапу работы, экспериментальные группы продолжают анализ накопленных ранее данных и, в частности, ищут в них хоть какие-то необычные эффекты, не вписывающиеся в Стандартную модель. В появившейся на днях статье коллаборация ATLAS представила результаты поиска еще одного типа необычных событий — столкновений с рождением смещенных фотонов.


Появился обзор научных результатов Тэватрона

В архиве е-принтов одна за другой начинают появляться главы большого обзора, посвященного научным результатам Тэватрона — протон-антипротонного коллайдера, который верой и правдой прослужил физикам четверть века. Сейчас в архиве уже доступны вводная часть, посвященная краткому обзору «железа», а также главы, посвященные поиску новых частиц и взаимодействий, результатам, касающимся физики топ-кварка и поискам хиггсовского бозона. В ближайшее время ожидаются также главы, посвященные Стандартной модели, сильным взаимодействиям при большой энергии, физики тяжелых мезонов и CP-нарушению. Хотя новые результаты Тэватрона еще будут время от времени появляться в течение нескольких лет, этот обзор можно считать главным сводом научного наследия Тэватрона.


Окончательный вердикт ATLAS и CMS: никаких аномалий в двухфотонном распаде хиггсовского бозона не видно

Коллаборация ATLAS опубликовала на днях подробнейший разбор ситуации с распадом хиггсовского бозона на два фотона. Аналогичная статья коллаборации CMS появилась чуть раньше, в июле. Выводы обеих статей можно считать окончательными — по крайней мере, по отношению к данным первых трех лет работы коллайдера.

Напомним, что два года назад, когда хиггсовский бозон только-только был открыт, именно двухфотонный вариант распада вызвал ажиотаж физиков. Оба главных эксперимента LHC показывали примерно двукратное превышение вероятности этого распада по сравнению со Стандартной моделью. Физики уже давно предсказывали, что этот распад может быть наиболее чувствительным к возможным эффектам Новой физики. Поэтому, как только появились первые намеки на превышение, пусть даже с небольшой статистической значимостью, теоретики бросились объяснять этот эффект в рамках самых различных моделей.

Затем, по мере накопления данных, с двухфотонным каналом распада началась чехарда. В конце 2012 года ATLAS обновил свои данные: превышение осталось. Интенсивность двухфотонного распада по сравнению со Стандартной моделью по-прежнему превышала единицу и составляла 1,8 ± 0,4. Однако новые результаты CMS в марте 2013 года преподнесли неприятный сюрприз — превышение исчезло, и даже стала наблюдаться нехватка хиггсовских бозонов в этом канале распада. По данным CMS, интенсивность распада составила всего 0,78 ± 0,28. В середине 2013 года, после очередного обновления результатов, ситуация в целом не изменилась.

Этим летом был проведен, по-видимому, последний раунд обработки данных по двухфотонному распаду бозона Хиггса, накопленных за первые три года работы. Поэтому числа, полученные сейчас, можно считать окончательными результатами по этому массиву данных. Числа эти таковы: интенсивность двухфотонного распада составляет 1,17 ± 0,27 по данным ATLAS и 1,14 + 0,26/–0,23 по данным CMS. Оба значения идеально согласуются друг с другом и досадно близки к единице.

Таким образом, после двухлетнего разнобоя оба экспериментатора пришли к поразительному согласию в своем главном выводе. Они утверждают, что на сегодняшний день нет никакого намека на существенное отклонение от предсказаний Стандартной модели и в этой величине. Ажиотаж двухлетней давности оказался фальстартом. Картина теперь сможет измениться только в 2016 году, когда будет накоплен новый значительный объем данных и уменьшатся погрешности.


ATLAS измерил полное сечение протонных столкновений

Полное сечение и сечение упругого рассеяния протонов при разных энергиях столкновений

В недавнем препринте коллаборация ATLAS сообщает о результатах измерения полного сечения протонных столкновений при энергии 7 ТэВ. Поскольку настоящему теоретическому расчету полное сечение протонов при больших энергиях пока не поддается, его приходится моделировать на основе тех или иных предположений. Сейчас существует несколько конкурирующих теоретических моделей этого процесса. Его «визитной карточкой» и одним из главных предметов споров является тот факт, что это сечение очень необычно медленно растет с увеличением энергии, поэтому точное измерение роста позволит лучше разобраться с этими моделями.


6.09.14 | ЦЕРН  | Комментарии (1)

ЦЕРН отмечает 60-летие своего создания

29 сентября 1954 года — официальная дата рождения ЦЕРНа, крупнейшей научной лаборатории мира. Лаборатории, в которой была получена существенная часть всех наших знаний о мире элементарных частиц. Оттуда же вышли и разнообразные ускорительные, детекторные и информационные технологии, нашедшие самые разные практические применения. Юбилей ЦЕРНа стал поводом для целой программы публичных мероприятий, которые пройдут этой осенью в самом ЦЕРНе и в многочисленных институтах Европы.

А окунуться в историю и познакомиться с тем, как в послевоенной Европе создавалась международная ядерная лаборатория с подчеркнуто невоенными целями, поможет вышедшая совсем недавно книжка CERN: How we found the Higgs boson. Ее первая глава находится в свободном доступе и как раз посвящена истории создания ЦЕРНа.


Насколько надежны расчеты времени жизни Вселенной в рамках Стандартной модели?

Открытие хиггсовского бозона на Большом адронном коллайдере и измерение его массы имело, среди прочего, и астрофизические последствия. Оказалось, что судьба всей Вселенной зависит от того, существуют какие-нибудь дополнительные частицы, которые не вписываются в Стандартную модель, или нет. Если их нет и Стандартная модель работает без изменений вплоть до планковской энергии, тогда наша Вселенная нестабильна — спустя некоторое очень большое время в ней произойдет переход в новый вакуум с разрушением всех имевшихся структур. Полностью стабильной нынешняя Вселенная может оказаться, только если предположить, что Стандартная модель неполна и в нашем мире существуют новые, неоткрытые пока частицы и явления. Подробный рассказ об этой ситуации см. в нашей новости Слухи о смерти Вселенной сильно преувеличены, а также в задаче Распад нестабильного вакуума.

Вообще, подавляющее большинство физиков склоняется ко второму варианту: слишком много есть косвенных указаний на то, что Стандартная модель неполна. Однако чисто теоретически можно изучить и первый вариант. Тогда в его рамках можно вычислить прямо-таки судьбоносную величину — время жизни Вселенной до распада. Эти вычисления были проведены и дали время порядка 10100–101000 лет. Правда, оно сильно зависит от масс хиггсовского бозона и топ-кварка, и потому точное их измерение очень важно для этой задачи.

Однако в новой статье, появившейся на днях в архиве е-принтов, справедливость этих расчетов поставлена под большое сомнение. Внимательный теоретический анализ показывает, что это вычисление слишком сильно зависит от свойств нашего мира на планковском масштабе энергий, то есть от эффектов квантовой гравитации. Но общепринятой теории квантовой гравитации пока не существует, и никто не может толком сказать, как эту область энергий правильно описывать. А это значит, что расчеты времени жизни Вселенной могут оказаться совершенно не относящимися к делу без достоверного знания этой теории.

Надо сказать, что эта группа авторов в прошлом году уже опубликовала статью с обсуждением ключевых моментов своей критики. Однако тогда их аргументы базировались на упрощенных вычислениях. Сейчас они представили полный численный анализ эффекта, не прибегая к аналитическим приближениям, и он подтвердил их предыдущие выводы. Таким образом, сейчас правильнее будет сказать так: в рамках Стандартной модели и без знания эффектов квантовой гравитации вычислить ожидаемое время жизни Вселенной пока что не представляется возможным.


Поиск экзотических явлений на LHC по-прежнему дает отрицательный результат

Ограничения сверху на сечение рассеяния частиц темной материи в зависимости от их массы

Несмотря на длительную паузу в работе Большого адронного коллайдера, физики по-прежнему ведут всесторонний анализ данных, накопленных за первые три года работы. Специальные группы, созданные внутри каждой коллаборации, ищут в данных самые разнообразные отклонения от Стандартной модели, которые предсказывают те или иные модели Новой физики. В появившейся на днях статье коллаборация CMS рассказывает о поиске экзотики в событиях с одной-единственной мощной адронной струей.


Лаборатория S'Cool Lab в ЦЕРНе открывает двери школьникам

ЦЕРН — это не только Большой адронный коллайдер и не только фундаментальная физика. В ЦЕРНе ведутся и прикладные разработки, а также регулярно проводятся разнообразные образовательные мероприятия, в особенности ориентированные на школьников. Однако до сих пор эти мероприятия ограничивались пусть регулярными, но кратковременными проектами. С этого года ситуация изменится. В июле в ЦЕРНе состоялась инаугурация специальной лаборатории S'Cool Lab для школьников и учителей. На площади 200 квадратных метров подготовлено уже полтора десятка экспериментов, касающихся инструментария современной физики и мира элементарных частиц. Школьники смогут повторить эксперимент Резерфорда на реальной установке, познакомиться с методами наблюдения элементарных частиц с помощью реальных детектирующих элементов, научатся регистрировать космические лучи, поработают с детекторами фотонов, ориентированных на медицинские приложения. Лаборатория эта будет работать постоянно; заинтересованные школы смогут забронировать себе полдня работы в этой лаборатории.


Онлайн-игра Particle Clicker позволяет окунуться в атмосферу исследований элементарных частиц

В ходе прошедшего на днях в ЦЕРНе студенческого мероприятия CERN Summer Student Webfest группа студентов-энтузиастов написала с нуля простую, но симпатичную и затягивающую онлайн-игру Particle Clicker. Игра позволяет погрузиться в мир исследователя элементарных частиц. Она в ненавязчивой форме дает вам возможность почувствовать себя пусть не ученым, но хотя бы менеджером физического эксперимента.

Кликните по игровому полю — и детектор начнет набирать статистику столкновений элементарных частиц. Накопив некоторый объем данных, вы можете проанализировать его. При этом вы открываете некоторое свойство частиц, а у вашего проекта повышается репутация. От репутации зависит финансирование проекта, оно позволяет вам нанимать для работы студентов, постдоков и даже нобелевских лауреатов. Ваша коллаборация растет, и каждый новый человек в команде повышает скорость набора данных — а значит, и темп новых открытий и исследований элементарных частиц. Вы также можете потратить накопленный бюджет на модернизацию детектора или на мероприятия по популяризации своих открытий — всё это тоже сказывается на эффективности работы.


Изучение рождения хиггсовского бозона вместе с топ-кварками выявило некоторое отклонение от Стандартной модели

Результаты CMS по измерению интенсивности рождения хиггсовского бозона вместе с топ-антитоп парой

В вышедшей на днях статье коллаборация CMS представила подробнейший отчет об изучении процесса рождения бозона Хиггса. В анализе использовалась вся накопленная к настоящему моменту статистика. Данных оказалось достаточно, чтобы заметить намек на самый редкий вариант рождения бозона: когда он рождается вместе с топ-кварк-антикварковой парой.


Хиггсовский бозон становится фоном в новых поисках

В физике элементарных частиц есть поговорка: «То, что сегодня является сигналом, станет завтра фоном» («Today's signal is tomorrow's background»). Если вы обнаружили какую-то новую частицу и продолжаете поиски дальше, то вам приходится искать что-то новое на фоне уже известного, причем в категорию известного попадает уже и только что найденная частица.

Примеров этой ситуации в физике частиц было уже много. Сейчас эта история повторяется и для хиггсовского бозона. После его открытия Большой адронный коллайдер продолжает искать новые частицы, в том числе и дополнительные хиггсовские бозоны, которые предсказываются разными теориями за пределами Стандартной модели. Эти новые бозоны Хиггса могут, в том числе, распадаться так же, как и известный уже хиггсовский бозон, что приходится учитывать физикам при обработке данных.

На днях коллаборация ATLAS обнародовала результаты по поиску новых гипотетических короткоживущих частиц со спином ноль, способных распадаться на два фотона. Поиск велся в очень широком диапазоне масс — от 65 до 600 ГэВ. Несколько лет назад именно так физики искали бозон Хиггса, когда его масса еще была неизвестна. Теперь поиск повторяется, но только на существенно большей статистике и с учетом того факта, что в районе 125 ГэВ уже есть известный хиггсовский бозон, тоже распадающийся на два фотона. Учет этого бозона, который сейчас уже играет роль фона, потребовал от физиков дополнительной аккуратности.

Заметных отклонений от предсказаний Стандартной модели не выявлено. Это позволило установить ограничение сверху на сечение рождения и двухфотонного распада гипотетических новых частиц: оно составляет от 1 до 100 fb в зависимости от предполагаемой массы частицы. Иными словами, даже если такие частицы в исследованном диапазоне масс и существуют, они либо чрезвычайно плохо рождаются на коллайдере, либо исключительно редко распадаются на два фотона. Этот анализ существенно обновляет и расширяет область масс по сравнению с предыдущими, тоже отрицательными, результатами. Новые данные могут использоваться теоретиками для установления ограничений на различные модели Новой физики.


LHCb сообщает о наблюдении прямого CP-нарушения с участием протон-антипротонных пар

Изучение CP-нарушения — одна из главных задач специализированного детектора LHCb, работающего на Большом адронном коллайдере. Несмотря на то что это неожиданное свойство несимметричности нашего мира было открыто 50 лет назад, данные вплоть до начала 2000-х годов были довольно скудны и касались только одного варианта CP-нарушения. Ситуация кардинально изменилась в начале 2000-х, когда в дело вступили так называемые «B-фабрики» (ускорители, производящие B-мезоны в огромных количествах) и широким потоком пошли данные с детекторов BaBar и Belle.

B-фабрики, среди прочего, неопровержимо доказали реальность прямого CP-нарушения. Так называется ситуация, когда вероятность распада какой-то частицы B на некоторое семейство частиц X не равна вероятности распада анти-B на систему анти-X. Для нашего мира оказывается не всё равно, что распадается — частица или античастица. Физики до сих пор пытаются понять, откуда, из какого глубинного свойства нашего мира берется это неравноправие и почему оно такое слабое. Многие теории Новой физики придумываются именно для объяснения CP-нарушения.

До сих пор все ситуации, в которых наблюдалось CP-нарушение, касались исключительно мезонов, как, например, в распаде B0 на K+π. На днях в своей статье arXiv:1407.5907 коллаборация LHCb впервые сообщила о намеках на распад с участием протонов, в котором тоже наблюдается прямое CP-нарушение. Конкретно, сравнивалась вероятность распада B+ на K+ и протон-антипротонную пару с вероятностью противоположного распада B на K и ту же протон-антипротонную пару. Эти вероятности оказались несовпадающими, и в определенных областях инвариантных масс разница достигала почти 10% со статистической значимостью около 4 стандартных отклонений.

Взятый отдельно, этот результат не является каким-то громким открытием: в конце концов, уже измерено достаточно много распадов, демонстрирующих эффекты прямого CP-нарушения. Однако здесь впервые появляются барионы, и это открывает дополнительную возможность «заглянуть» в динамику CP-нарушения. Физики надеются, что «атака по широкому фронту» на CP-нарушение позволит в конце концов понять, откуда это явление берется.


Парное рождение W-бозонов: новые результаты и новые объяснения

Сечение рождения W+W–-пар по данным детекторов ATLAS и CMS

На прошедшей в июле ключевой конференции года по физике элементарных частиц ICHEP-2014 коллаборация ATLAS представила новые данные по процессу рождения двух W-бозонов. Эти данные подтверждают результаты CMS, опубликованные в прошлом году, и дают указание на возможное отклонение от предсказаний Стандартной модели. Правда, довольно быстро появилась и теоретическая работа, в которой это отклонение объяснено не совсем корректным учетом процессов с участием адронов. Теперь для проверки этих заявлений потребуется сравнить предсказания с данными на энергии 13–14 ТэВ.


ATLAS ищет распад бозона Хиггса на мюоны

Несмотря на то что хиггсовский бозон уже обнаружен — прежде всего по распадам на два фотона и на Z-бозоны, — физики продолжают его искать в более редких каналах распада. Мы уже рассказывали про поиск распадов хиггсовского бозона на комбинацию Z-бозон и фотон, про попытки обнаружить его распад на невидимые частицы, а также про усилия теоретиков по изучению экзотических каналов распада. Все эти распады пока что не наблюдались. Это и неудивительно: их вероятности в рамках Стандартной модели столь малы, что нынешней статистики не хватает, чтобы их обнаружить. Однако такой поиск всё равно полезен: во-первых, он позволяет отточить соответствующие экспериментальные методы, а во-вторых — кто знает, может быть, такой распад неожиданно будет обнаружен и именно в редких каналах распада начнет впервые проявляться Новая физика.

На днях коллаборация ATLAS опубликовала результаты поиска еще одного редкого распада хиггсовского бозона — на этот раз на мюон-антимюонные пары. Вообще, вероятность распада хиггсовского бозона на фермионы пропорциональна квадрату массы этого фермиона, и для мюонов она довольно мала. И действительно, ATLAS не обнаружил никакого проявления искомого распада: событий с мюон-антимюонными парами было много, но все они вполне описывались фоновыми (то есть бесхиггсовскими) процессами.

ATLAS смог лишь установить ограничение сверху на вероятность этого распада: даже если он и происходит, его вероятность не более чем в 7 раз превышает «стандартную». Такой вывод согласуется и со Стандартной моделью, и с полным отсутствием распада, и с другими необычными вариантами. Для того чтобы отдать предпочтение одному из вариантов, требуется статистика примерно на пару порядков больше нынешней. А в целом, эта ситуация — и методически, и по своим результатам — очень напоминает ранние этапы поиска хиггсовского бозона на Тэватроне, когда статистики тоже не хватало для обнаружения неуловимого бозона.


В «Яндексе» пройдет семинар, посвященный новому эксперименту ЦЕРНа

Эксперимент SHIP (Search for Hidden Particles, «Поиск скрытых частиц»)

В среду 2 июля в московском офисе «Яндекса» состоится научный семинар для широкой публики, посвящённый SHIP (Search for Hidden Particles) — новому эксперименту по поиску физики за пределами Стандартной модели, который сейчас планируется в ЦЕРНе. На семинаре выступят Андрей Голутвин, научный консультант директора ЦЕРНа и один из руководителей нового проекта, и Андрей Устюжанин, руководитель группы академических проектов в «Яндексе».


Опубликована статья о прямом распаде бозона Хиггса на фермионы

На днях в журнале Nature Physics была опубликована статья коллаборации CMS о регистрации прямого распада бозона Хиггса на b-кварковые или тау-лептонные пары. И в выпущенном по этому поводу пресс-релизе ЦЕРНа, и в заметках многих СМИ не совсем корректно сообщается, что эти данные — новые. На самом деле сама эта статья в виде препринта появилась еще полгода назад, и полученные результаты с тех пор не изменились. Подробности самого этого анализа и его роль в изучении свойств бозона Хиггса см. в наших новостях Опубликованы окончательные данные CMS по распаду бозона Хиггса на фермионы и Распад бозона Хиггса на частицы материи еще сильнее указывает на его стандартность.


Уточнена масса хиггсовского бозона: загадка ATLAS постепенно исчезает

Бозон Хиггса — чрезвычайно важный элемент Стандартной модели и многих теорий за ее пределами. По этой причине важнейшей задачей Большого адронного коллайдера является не только открытие бозона, но и тщательное измерение всех его параметров, до которых могут «дотянуться» экспериментаторы. И иногда в процессе этого измерения появляются неожиданные результаты, не вполне вписывающиеся в стандартную картину, которые теоретики тут же бросаются объяснять разнообразными новыми эффектами.

Один такой пример касается массы хиггсовского бозона. Эта величина точнее всего определяется из двух самых удобных для анализа каналов распада бозона Хиггса — на два фотона и на два Z-бозона. Измерение массы бозона можно провести независимо для обоих каналов распада, а потом сравнить числа друг с другом. Если речь идет об одном и том же бозоне, они, разумеется, должны совпасть.

Однако результаты этих измерений, обнародованные коллаборацией ATLAS в конце 2012 года, существенно расходились друг с другом. В 2013 году статистика подросла, но подозрительное расхождение осталось. Изучение двухфотонного распада дало тогда массу 126,8 ± 0,7 ГэВ, а распад на Z-пары показал 124,3 ± 0,7 ГэВ. Поскольку другой детектор, CMS, ничего подобного не наблюдал, большинство физиков считало, что причиной этого расхождения были какие-то неучтенные погрешности анализа или банальная статистическая флуктуация. Впрочем, высказывались и смелые предположения, что на самом деле есть два бозона Хиггса с очень близкой массой, которые видны каждый в своем типе распада, — такие теории тоже существуют.

В вышедшем на днях е-принте arXiv:1406.3827 коллаборация ATLAS приводит обновленные результаты измерения массы хиггсовского бозона, полученные после обработки всей накопленной статистики (см. также краткое сообщение на сайте коллаборации). Увы, никаких сюрпризов не оказалось. Новые значения постепенно приближаются друг к другу, а их погрешности уменьшаются. Некоторое отличие, впрочем, пока остается: теперь ATLAS сообщает о массе 125,98 ± 0,50 ГэВ по двухфотонным данным и о 124,51 ± 0,52 ГэВ по данным распада на Z-пары. Однако это отличие уже не столь существенно. Всё говорит о том, что в данных действительно проявилась статистическая флуктуация, которая постепенно сходит на нет при увеличении объема данных.

Объединение этих двух результатов ATLAS друг с другом дает массу бозона Хиггса 125,36 ± 0,41 ГэВ. Это практически совпадает — как по значению, так и по точности — с результатом CMS. В ближайшие годы новый объем данных позволит уменьшить погрешность еще в несколько раз.


Ускорительный комплекс LHC постепенно вводится в строй

Текущее положение дел в запуске цепочки предварительных ускорителей LHC

На очередном заседании Комитета по экспериментам на LHC были представлены доклады по текущему состоянию работ на ускорителях и детекторах Большого адронного коллайдера, режим модернизации и ремонта которого продлится до апреля 2015 года. Но хотя в главном кольце LHC еще ведутся работы, техники уже приступили к постепенному вводу в строй цепочки предварительных ускорителей, которые поставляют протонные пучки в LHC.


LHCb видит неожиданное отклонение от лептонной универсальности

На проходящей сейчас конференции LHCP был, среди прочего, представлен доклад коллаборации LHCb, намекающий на некоторое отклонение от предсказаний Стандартной модели. Краткую информацию об этом измерении приводит сайт ЦЕРНа, более подробный рассказ доступен на странице новостей LHCb, а саму презентацию доклада можно найти на странице конференции.

Речь там идет о распаде B-мезонов на комбинацию из каона и лептон-антилептонной пары: B+ → K+μ+μ или B+ → K+e+e. Стандартная модель предсказывает, что отношение вероятностей этих двух распадов должно быть очень близко к единице — это следствие лептонной универсальности, то есть одинаковости поведения мюонов и электронов в таких процессах. Однако в разнообразных теориях за пределами Стандартной модели это отношение может меняться за счет новых, не открытых пока гипотетических тяжелых частиц. Именно поэтому эти и другие редкие распады B-мезонов являются объектом пристального интереса физиков.

Отношение вероятностей этих двух редких распадов (каждая из них — меньше одной миллионной!) изучалось и раньше, но погрешность тогда была слишком велика, чтобы заметить отличие от единицы. Сейчас же LHCb сообщает, что после обработки всей накопленной на сегодня статистики отношение отличается от единицы на 2,5 стандартных отклонения. Это, конечно, еще не слишком сильное отличие и ни на какое открытие оно не тянет, но оно заставляет теоретиков и экспериментаторов обратить на эти процессы более пристальное внимание.

Отметим, что это уже не первый пример необычных результатов при изучении распадов B-мезонов на каон и лептон-антилептонную пару. Общепринятого объяснения этим отклонениям пока нет. Физики надеются, что новый массив данных, который будет накоплен в ближайшие годы, подтвердит аномалию и наведет их на правильное объяснение.


Попробуйте силы в онлайн-соревновании по поиску бозона Хиггса

Даже если вы не знакомы с физикой элементарных частиц, но любите программировать и умеете разрабатывать алгоритмы интеллектуальной обработки больших массивов данных — у вас есть реальный шанс помочь ЦЕРНу в изучении бозона Хиггса! Несколько дней назад под эгидой ЦЕРНа и нескольких других организаций стартовало открытое онлайн-соревнование Higgs Boson Machine Learning Challenge. Его задача — придумать наиболее прозорливый алгоритм, позволяющий компьютеру отличить событие рождения и распада бозона Хиггса от фоновых (то есть нехиггсовских) событий, которые в изобилии регистрируются на Большом адронном коллайдере.

Для этого участнику сначала выдается порция «тренировочных» событий — массив из 250 тысяч векторов, содержащих по 30 кинематических параметров каждый. Про каждое событие известно, является ли оно «хиггсовским» или нет. Участник должен придумать и реализовать такой алгоритм, который обнаружил бы в массиве кинематических параметров закономерности и на их основании стал бы надежно классифицировать события как «хиггсовские» или «фоновые».

После того как алгоритм натренируется на тестовых данных, пользователю выдается массив из 550 тысяч контрольных событий. Его задача — «натравить» разработанный им алгоритм на эти данные и обнаружить в них хиггсовский бозон с как можно большей статистической значимостью. Менять свой алгоритм, пытаясь подогнать его под данные, на этом этапе уже нельзя — такова философия слепого анализа данных, общепринятая сейчас в физике элементарных частиц. Чем больше статистическая значимость обнаружения хиггсовского бозона в этих данных — тем выше положение участника в итоговой таблице. Некоторые впечатления об этом соревновании см. в блоге Томмасо Дориго.

В настоящее время в соревновании принимают участие уже свыше 400 команд, но к нему в любой момент может присоединиться каждый желающий. Участник не слишком ограничен в количестве попыток (не более пяти в день), поэтому есть широкий простор для поиска и настройки новых алгоритмов. Времени еще предостаточно — соревнование продлится до 15 сентября. Тройка победителей получит денежные призы вплоть до 7 тысяч долларов. Ну а если алгоритм будет признан по-настоящему удачным, физики возьмут его на вооружение при обработке новой порции экспериментальных данных, которая будет набрана в следующем году.


Эксперимент MoEDAL готовится к новому сеансу работы LHC

Установка MoEDAL — самый необычный из семи детекторов, работающих на Большом адронном коллайдере. На днях в архиве е-принтов вышла обзорная статья, посвященная научной программе и техническим аспектам этой установки.

Как и другие детекторы, MoEDAL тоже старается поймать частицы, рождающиеся в столкновении протонов. Но в отличие от них чувствительные элементы MoEDAL установлены не вблизи точек столкновения протонов, а наоборот — поодаль, на стенках подземного зала. Эти датчики предназначены для поимки долгоживущих экзотических частиц — например, магнитных монополей, тяжелых многозарядных частиц или других гипотетических частиц. Надежная регистрация даже одной такой частицы будет иметь революционные последствия для современной физики. Поскольку эта установка относительно недорога и способна реагировать на такие события, которые все остальные детекторы просто не заметят, эксперимент MoEDAL вполне оправдан с финансовой и научной точки зрения.


Детальная структура адронных струй помогает анализировать новые типы процессов

Один из процессов, поиск которых велся в обсуждаемых статьях

При поиске новых гипотетических частиц на ускорителях приходится выискивать редчайшие события на фоне процессов, которые выглядят примерно одинаково. Несколько лет назад появились методы, позволяющие делать это несколько эффективнее, используя характерные детали распадов частиц. В недавних статьях коллаборации CMS рассказывается о поиске частиц, распадающихся на W- или Z-бозоны, выполненном с помощью такой методики.


Начинается сезон летних конференций по физике элементарных частиц

Лето — традиционный сезон важных научных конференций по физике элементарных частиц, на которых часто анонсируют новые важные экспериментальные результаты. В этом году пристальное внимание следует обратить на следующие встречи:

  • 26–30 мая: Planck 2014 — широкий круг вопросов от электрослабой теории до космологии и теории гравитации;
  • 2–7 июня: LHCP Conference — физика на Большом адронном коллайдере;
  • 2–7 июня: Neutrino 2014 — все вопросы физики нейтрино;
  • 2–9 июля: ICHEP 2014 — ключевая конференция года;
  • 21–26 июля: SUSY 2014 — главная конференция года, посвященная суперсимметрии и ее поискам на коллайдере.


Развивается технология электронных линз для чистки пучков на LHC

Рабочий цикл Большого адронного коллайдера включает в себя технически важный этап — чистку пучков. Пучки протонов, которые первоначально впрыскиваются в ускорительное кольцо коллайдера, еще слишком «грязные». Они содержат широкое гало — отбившиеся от основной массы протоны, которые «вихляют» туда-сюда внутри вакуумной трубы. Такие пучки сталкивать еще нельзя, поскольку гало тут же повредит чувствительную аппаратуру. Пучки чистят именно для устранения гало.

Сейчас чистка пучков осуществляется с помощью коллиматоров — специальных массивных блоков, которые пододвигаются вплотную к пучку и поглощают протоны из гало. Это небезопасная операция. Попавшие в коллиматоры протоны выбивают ливни новых частиц, которые приходится поглощать вторичными и затем третичными коллиматорами. Всё это создает очень большую радиационную нагрузку на аппаратуру, и чем сильнее идет чистка, тем больше доза облучения. В 2012 году, когда требования к чистке пучков на LHC были очень высокими, примерно 40 циклов работы (по несколько часов каждый) были потеряны именно потому, что возникшая при чистке радиация привела к срабатыванию системы безопасности и автоматическому сбросу пучка.

В этой ситуации неудивительно, что физики и техники разрабатывают новые эффективные и безопасные системы для чистки пучков, которые придут на смену традиционным коллиматорам. Мы уже рассказывали про одну такую технологию на основе изогнутых кристаллов. Но есть и конкурирующие методики. Одна из них — это полые электронные линзы. Про нынешнее состояние этой технологии рассказывает подробная статья, появившаяся на днях в архиве е-принтов.

Полая электронная линза — это поток низкоэнергетических электронов, который в форме цилиндрической оболочки окутывает протонный пучок на коротком участке ускорителя. Поток электронов создает магнитное поле, которое сильнее всего действует именно на протонное гало. Это поле как бы дефокусирует пучок — аккуратно выводит гало в стороны, не трогая протоны в центральном пучке (поэтому-то он и называется линзой). Такой метод чистки наводит гораздо меньше радиации на аппаратуру, позволяя снизить высочайшие требования к ее радиационной стойкости.

Электронные линзы уже были опробованы на Тэватроне для других задач. Сейчас разрабатывается технология их использования и на LHC. Если все пойдет по плану, то в этом году будет представлен подробный технический проект, а в 2015–2017 годах будут изготовлены и протестированы полностью рабочие образцы. Если их работа будет признана удовлетворительной, коллиматоры на электронных линзах могут быть установлены на LHC во время следующего периода модернизации коллайдера, который намечен на 2018 год.


Детектор LHCb впервые зарегистрировал поляризацию фотонов в распаде b-кварка на s-кварк

Среди всего многообразия распадов разных адронов физиков особенно интересуют такие распады, которые по какой-то причине очень неохотно идут в Стандартной модели. Дело в том, что если какой-то распад очень редкий в Стандартной модели, он может быть значительно усилен какими-то эффектами Новой физики. Поэтому изучение таких распадов полезно с точки зрения поиска отклонений от Стандартной модели.

Важный класс таких процессов — это распады тяжелых кварков на более легкие кварки того же заряда. Хрестоматийный пример здесь — распад b-кварка (заряд −1/3) на s-кварк (заряд тоже −1/3) с испусканием фотона. Просто так этот распад не произойдет, ведь фотоны не умеют менять тип кварка. Тип кварка меняется в слабых взаимодействиях, но он в подавляющем большинстве случаев сопровождается изменением заряда (например, распад b-кварка на c-кварк). Распад b на s и фотон возможен в Стандартной модели только за счет виртуальных промежуточных частиц, которые на время возникают в процессе распада и затем снова пропадают. Разные варианты Новой физики могут тоже оказывать влияние на этот процесс.

Чтобы попытаться различить эти два источника распада, полезно не просто зарегистрировать такой распад (а точнее, распад соответствующих адронов), но и досконально измерить все его характеристики. Одна из этих характеристик — это поляризация испущенного фотона. В рамках Стандартной модели фотон вылетает преимущественно с левой круговой поляризацией, но в других моделях поляризация может приобретать существенную долю правой поляризации.

На днях в журнале Physical Review Letters была опубликована статья коллаборации LHCb, в которой впервые сообщается о надежной регистрации поляризации фотона в этом распаде. Конкретный адронный процесс, который там изучался, — это распад B+ мезона на три адрона (K+ππ+) и фотон. Физики выяснили, что фотон вылетает несимметрично относительно плоскости, образованной тройкой конечных адронов, что однозначно говорит в пользу того, что он поляризован.

Однако непосредственно измерить поляризацию, сравнить ее с предсказаниями Стандартной модели, и проверить, нет ли тут каких-то отклонений от нее, пока не удалось. Для этого физикам требуются более детальные теоретические расчеты этого процесса, так что слово теперь за теоретиками.


Детекторы LHC готовятся искать Новую физику на энергии 13 ТэВ

Примерно год остается до второго этапа работы Большого адронного коллайдера. Главное его отличие от первого трехлетнего этапа — повышенная энергия столкновений протонов. С нынешних 8 ТэВ она увеличится до 13 ТэВ или даже чуть больше. Повышение энергии столкновений означает, что на коллайдере смогут рождаться в больших количествах те тяжелые частицы, которые не рождались или появлялись исключительно редко до сих пор. Хотя переход от 8 к 13 ТэВ кажется на первый взгляд несущественным достижением, темп рождения гипотетических частиц с массой в несколько ТэВ вырастет при этом на порядки. Что это будут за частицы, да и будут ли они вообще появляться — заранее, конечно, неизвестно. Но вариантов Новой физики, разработанных теоретиками, уже очень много, и многие ученые связывают с новым этапом работы коллайдера большие надежды.

В преддверии этого нового этапа популярный церновский журнал CERN Courier представил подборку зарисовок о том, что именно и как собираются искать на 13-Тэвном коллайдере каждый из крупных детекторов. Этот цикл заметок получил название Physics at 13 TeV и включает рассказы о детекторах ATLAS, CMS, ALICE, LHCb и даже о небольшом эксперименте TOTEM.


Новые данные LHCb проливают свет на загадочный мезон X(3872)

Коллаборация LHCb продолжает публиковать важные результаты, касающиеся экзотических мезонов. Совсем недавно она поставила точку в споре вокруг существования заряженного мезона из семейства чармониев, Z(4430). Сейчас в архиве е-принтов появилась другая ее статья, проливающая свет на свойства другого знаменитого кандидата в многокварковые состояния — мезона X(3872), частицы, с которой в 2003 году и началась новая эра в изучении экзотических мезонов.

В отличие от Z(4430), структуру мезона X(3872) определить совсем непросто. Это нейтральная частица из семейства чармониев, но ее спин, четность и характеристики распада заставляют усомниться в том, что это обычная кварк-антикварковая пара. Альтернативных вариантов предложено уже множество: молекула из D-мезонов или их возбужденных состояний, тетракварк, гибридный мезон, в структуре которого существенную роль играют глюоны, и более сложные варианты.

Различить эти варианты можно с помощью аккуратного изучения распадов X(3872), причем распадов максимально «чистых». Очень удобным инструментом для этого являются радиационные распады, напоминающие переходы между разными уровнями энергии в атомах или молекулах. В ходе такого распада частица X(3872) испускает фотон и превращается в какой-то из известных мезонов из семейства чармониев.

Первый такой распад, на J/ψ и фотон, был зарегистрирован несколько лет назад. А вот с распадом X(3872) на частицу ψ' (следующий мезон в семействе чармониев) и фотон ситуация была подвешенная. Поиск этого распада вели конкурирующие эксперименты Belle и BaBar, но только, в противоположность истории с поиском Z(4430), здесь уже BaBar видел некий сигнал, а Belle — нет. Этот распад — а точнее, его отношение к распаду на J/ψ и фотон — очень важен для выяснения структуры мезона. Теоретики предсказывают, что для чистой DD*-молекулы это отношение будет меньше 0,01, для чистого (неэкзотического) чармония — от 1,2 до 15, а для их смеси значения получаются от 0,5 до 5.

Новое измерение LHCb дало результат 2,46 ± 0,64 ± 0,29. Иными словами, коллаборация видит этот распад на довольно приличном уровне статистической значимости — 4,4 сигма, и этот распад оказывается достаточно сильным. Отсюда делается вывод, что чистая DD*-молекулярная гипотеза структуры этого мезона практически исключена, но некоторая смесь такой структуры и чистого чармония вполне согласуется с данными. Если взглянуть на верхнюю часть самой первой иллюстрации к новости про Z(4430) и понимать под синей стрелочкой процесс постоянного превращения двух структур друг в друга, то это и будет иллюстрацией такой возможности.

Впрочем, надо теперь проверить, что предсказывают для этого распада остальные теоретические варианты устройства этого мезона.


Новый метод позволил наложить рекордное ограничение на время жизни хиггсовского бозона

Распределение событий по специально построенной величине Dgg

Недавно коллаборация CMS представила результаты исследования процесса рождения четырех лептонов в области больших инвариантных масс. Такое непрямое изучение — не на резонансной энергии, а в области гораздо больших энергий — позволяет сильно улучшить точность измерения ширины частицы. Было получено, что ширина бозона Хиггса меньше 17 МэВ (что всего лишь в 4 раза больше предсказаний Стандартной модели). Это почти на два порядка превосходит ту точность, которую могут дать измерения прямо на резонансе.


Эксперимент LHCb окончательно доказал реальность экзотического мезона Z(4430)

Предполагаемый кварковый состав частицы Zc(3900)

Коллаборация LHCb опубликовала результаты исследования распада B-мезона на тройку адронов: ψ', π и K+. Данные совершенно однозначно свидетельствуют в пользу того, что в процессе распада на короткое время появилась и распалась «вопиюще экзотическая» частица Z(4430). Эта частица — необычный мезон, не вписывающийся в стандартные рамки и состоящий как минимум из двух кварк-антикварковых пар. Его существование было известно и раньше, но только сейчас стало окончательно доказано, что это реальная экзотическая частица.


Коллаборация CMS продолжает уточнять массу топ-кварка

Новый результат CMS по измерению массы топ-кварка

На прошедшей недавно конференции Moriond 2014 коллаборация CMS сообщила о новом результате измерения массы топ-кварка, который заметно превосходит по точности предыдущие измерения. Новый результат основывается на всей статистике, накопленной детектором CMS в 2012 году.


Ускорительный комплекс ЦЕРНа пробуждается к жизни

Двухлетняя пауза в работе Большого адронного коллайдера, необходимая для его модернизации и вывода на проектные мощности, перевалила через экватор. В основном кольце LHC работы будут еще вестись до конца 2014 года, а тем временем техники уже начинают постепенно запускать всю цепочку предварительных ускорителей, которые «запитывают» протонами коллайдер.

На днях был сделан первый шаг в этом долгом пробуждении ускорительного комплекса LHC. Как сообщается в журнале Symmetry, 4 апреля был впервые за долгое время запущен источник протонов. Спустя несколько дней планируется запуск линейного ускорителя Linac 2 — самого первого звена в цепочке предварительных ускорителей. В течение 2014 года будут протестированы и запущены остальные ускорители, а в начале 2015 года очередь дойдет уже до основного кольца LHC.

В ЦЕРНе уже составлено подробное расписание первых месяцев запуска коллайдера. Предполагается, что весь февраль и март 2015 года уйдут на тестирование коллайдера на максимальной энергии пучков, столкновения начнутся в апреле, и в течение еще двух месяцев будет постепенно наращиваться светимость. Первую порцию полноценных новых научных результатов следует ожидать во второй половине 2015 года.


Тэватрон и LHC объединили свои результаты по массе топ-кварка

Топ-кварк, будучи самой тяжелой из известных элементарных частиц, сильно влияет на разнообразные процессы в столкновениях и даже на хиггсовский механизм при большой энергии. Так, масса топ-кварка очень важна для выяснения вопроса о возможной нестабильности Вселенной (см. рисунки в новости Слухи о смерти Вселенной сильно преувеличены). Поэтому для лучшего понимания этих процессов физикам надо как можно точнее знать все свойства топ-кварка. Из-за большой массы топ-кварка этим могут заниматься только два коллайдера — Большой адронный коллайдер (см. сводку его результатов по топ-кварку) и Тэватрон, который уже закрылся, но данные которого физики продолжают обрабатывать.

Отдельные коллаборации на LHC и Тэватроне уже опубликовали свои независимые измерения массы топ-кварка (см. обстоятельный разбор в блоге Томмасо Дориго). И наконец сейчас в архиве е-принтов появилась статья, сводящая все эти измерения воедино. Итак, нынешнее, рекордное по точности значение массы топ-кварка составляет 173,34 ± 0,76 ГэВ. Остается только добавить, что это очень редкий пример величины, измерения которой на Тэватроне и LHC были объединены в один результат.


2.04.14 | LHC, ЦЕРН

ЦЕРН и Европейское космическое агентство подписали соглашение о сотрудничестве

28 марта в Женевском аэропорту состоялось подписание соглашения о сотрудничестве между двумя крупнейшими европейскими научными организациями — ЦЕРНом и Европейским космическим агентством (ESA). В пресс-релизе сообщается, что в рамках этого сотрудничества будут разрабатываться новые материалы для использования в экстремальных условиях, микродетекторные технологии для создания сетей миниатюрных сенсорных систем, а также полноценные детекторы, ориентированные на физику элементарных частиц и астрофизику.


1.04.14 | LHC, ЦЕРН  | Комментарии (6)

ЦЕРН переходит на шрифт Comic Sans

С начала апреля сайт ЦЕРНа переходит на самый удобочитаемый шрифт — Comic Sans. Как сообщается в церновском пресс-релизе, посвященному этому знаменательному событию, переход на новый шрифт — это лишь первый этап масштабного комплекса мер, нацеленных на повышение удобства пользования всеми церновскими веб-сервисами. Наш проект, посвященный исследованиям на Большом адронном коллайдере, полностью поддерживает эту инициативу и отныне переключается на этот шрифт.


Одиночное рождение топ-кварка позволило еще тщательнее проверить Стандартную модель

Процесс одиночного рождения топ-кварка

На днях коллаборация CMS опубликовала новый результат, касающийся процесса одиночного рождения топ-кварка в протонных столкновениях. Этот результат, пусть он и не принес никаких сенсаций, хорошо проиллюстрировал, как с помощью аккуратных измерений рождения известных частиц физики проверяют Стандартную модель.


19.03.14 | LHC, ЦЕРН  | Комментарии (3)

ЦЕРН отмечает свое 60-летие

В 2014 году ЦЕРН отмечает 60 лет своей успешной работы на благо мирного научно-технического развития человечества. ЦЕРН создавался в послевоенной Европе, и ориентация на исключительно мирные цели исследований и стремление к широкому международному сотрудничеству стали одними из ключевых положений новой организации. Именно этим ЦЕРН занимается уже более полувека, совмещая фундаментальные исследования по физике микромира с разработкой и внедрением в индустрию новых наукоемких технологий, а также сопровождая всю деятельность многочисленными образовательными программами.

В честь этого юбилея в течение всего года запланирован ряд мероприятий как в самом ЦЕРНе, так и в странах — членах организации. Подробности можно найти на специальном веб-сайте, посвященном этому знаменательному событию.


Загадка топ-антитоп-асимметрии на Тэватроне, похоже, исчезла

Загадка топ-антитоп-асимметрии на Тэватроне, похоже, исчезла

В 2011 году оба основных детектора — CDF и DZero — американского протон-антипротонного ускорителя Тэватрон указали на существование аномально большой асимметрии между топ-кварками и антикварками. Отклонение было в несколько раз больше предсказаний Стандартной модели. В новой статье коллаборации DZero на основании анализа гораздо большего объема данных сообщается, что асимметрия небольшая и находится в согласии с предсказаниями Стандартной модели.


LHCb изучает эффекты адронной дифракции

Рождение J/ψ-мезона в столкновении фотона с помероном

Многостороннее исследование адронной дифракции — одна из научных задач Большого адронного коллайдера. Недавно коллаборация LHCb опубликовала результаты исследования одного очень популярного в этой области процесса — дифракционного рождения J/ψ-мезона. В ближайшие годы благодаря повышению энергии Большого адронного коллайдера физикам удастся промерять этот процесс вплоть до энергий в несколько ТэВ. Интересно будет узнать, начнутся ли при таких энергиях эффекты рекомбинации партонов внутри протона.


Адронный коллайдер с поляризованными протонами будет удобен для изучения Новой физики

Если на Большом адронном коллайдере или на каком-то из будущих ускорителей будет надежно обнаружено отличие от Стандартной модели, в физике элементарных частиц наступит жаркое время — физики бросятся изучать обнаруженные эффекты всеми доступными способами. Одна из возможностей здесь — это столкновение поляризованных протонов. Сейчас на LHC протоны не поляризованы, и, по всей видимости, возможность их поляризации не предусматривается в проектах модернизации коллайдера. Однако сейчас начинаются обсуждения будущего проекта протонного коллайдера на энергию 100 ТэВ, и для него открыты пока все технические возможности.

Прежде чем выдвигать такое техническое предложение (а поляризация протонных пучков требует дополнительный инструментарий), нужно доказать, что от него будет научный прок. Именно этому вопросу была посвящена статья arXiv:1403.2383, появившаяся на днях в архиве е-принтов. Авторы этой работы предъявили подробное обсуждение тех дополнительных возможностей для исследования Новой физики, которую смогут дать поляризованные протоны. Общие результаты были проиллюстрированы на некоторых примерах явлений за пределами Стандартной модели.

Конечно, заранее невозможно предугадать, какой окажется Новая физика и будет ли она вообще открыта в ближайшее десятилетие. Однако статья доказывает, что поляризованные протоны будут действительно полезным инструментом исследования не только структуры протонов, для которой поляризация использовалась до сих пор, но и самых разнообразных явлений Новой физики. Поэтому эту возможность обязательно следует иметь в виду при обсуждении технического проекта будущего коллайдера.


LHCb продолжает изучение свойств адронов

Анализ данных, накопленных Большим адронным коллайдером за первые три года работы, продолжается до сих пор, и время от времени экспериментальные группы публикуют новые результаты. Они не всегда столь животрепещущие, как изучение бозона Хиггса или поиск суперсимметрии, но для своих разделов физики частиц они тоже важны.

Например, детектор LHCb, оптимизированный для изучения B-мезонов, позволяет узнать много нового о свойствах разнообразных адронов (см. подборку новостей с результатами LHC по физике адронов). Коллаборация LHCb использует для этого огромную статистику событий с рождением и распадом B-мезонов, извлекает из нее распады на определенные конечные адроны, а затем досконально изучает распределения по углами, энергиям, инвариантным массам рожденных частиц. Сравнивая результаты с теоретическими расчетами, коллаборация извлекает информацию об устройстве самих мезонов или о свойствах их распадов.

В качестве иллюстрации этой деятельности можно упомянуть появившуюся на днях статью этой коллаборации arXiv:1402.6248. В ней изучался распад Bs-мезонов на J/ψ- и π+π-пару. Анализ показал, что два пи-мезона появляются обычно не сразу; сначала в распаде рождается какой-то промежуточный мезон (и тут найдено аж 5 вариантов), а затем он распадается на два пи-мезона. Полгода назад теоретики предложили использовать этот процесс для изучения кваркового состава мезона f0(980). И вот сейчас данные, полученные LHCb, показывают, что этот мезон скорее напоминает четырехкварковое состояние, чем обычную кварк-антикварковую пару.


Физики обсуждают перспективы коллайдера на 100 ТэВ

Возможное расположение 80–100-километрового туннеля для нового протонного коллайдера на энергию 100 ТэВ, с которым могут быть связаны долгосрочные перспективы развития ЦЕРНа

На днях в ЦЕРНе и в Женевском университете прошли сразу две научные конференции, посвященные будущим коллайдерам с очень высокими энергиями, вплоть до 100 ТэВ. Одна из них проводилась в рамках недавно запущенной в ЦЕРНе программы по изучению технических аспектов будущих проектов кольцевых коллайдеров. Другая, предшествовавшая ей, конференция сфокусировалась на научных возможностях, которые станут доступны при повышении энергии протонных столкновений почти на порядок.


Техники приступили к ремонту последних электрических контактов LHC

Небольшая заметка, появившаяся на днях на сайте ЦЕРНа, сообщает о том, что долгая кампания по полной проверке высокоточных электрических контактов в сверхпроводящих магнитах Большого адронного коллайдера подходит к концу. Пять лет назад при запуске коллайдера из-за дефектного контакта произошла авария, существенно изменившая планы работы LHC. Коллайдер восстановили и запустили, контакты протестировали и отремонтировали, насколько смогли, систему слежения за тепловыделением полностью переработали — но до сих пор коллайдер работал на пониженной энергии столкновений по соображениям электрической безопасности.

В 2013–2014 годах в ходе планового техосмотра и ремонта коллайдера работа по обеспечению безопасности будет доведена до конца. Для этого во всех магнитах, установленных в 27-километровом туннеле ЦЕРНа, один за другим вскрывались соединения и проверялась надежность электрического соединения токонесущих контактов. По результатам обследования, более половины контактов было решено перепаять.

ЦЕРН сообщает, что 6 февраля был вскрыт последний магнит, что стало знаковым событием для команды техников, занимающейся этой работой. В ближайшие месяцы все вскрытые контакты будут проверены, магниты будут закрыты и протестированы. Ожидается, что в самом последнем секторе эти работы завершатся к концу лета. Охлаждение коллайдера, сектор за сектором, начнется уже весной и завершится к середине осени. Большой адронный коллайдер должен быть полностью готов к приему протонных пучков к концу 2014 года.


Опубликованы окончательные данные CMS по распаду бозона Хиггса на фермионы

В декабре 2013 года оба главных эксперимента на LHC — ATLAS и CMS — представили свои результаты по распаду хиггсовского бозона на частицы материи, а конкретно, на тау-лептоны и b-кварки (см. подробности в новости Распад бозона Хиггса на частицы материи еще сильнее указывает на его стандартность, «Элементы», 09.12.2013). Эти сообщения впервые надежно указали на то, что бозон Хиггса действительно распадается на фермионы, причем с вероятностью, которая согласуется со Стандартной моделью.

Те декабрьские результаты были предварительными и требовали некоторой доработки. В конце января коллаборация CMS завершила этот анализ, и ее окончательная статья появилась в архиве е-принтов. Итоговые результаты почти не отличаются от предварительных. Статистическая значимость фермионных распадов бозона Хиггса составляет 3,8 стандартных отклонения, а величина μ, характеризующая интенсивность связи бозона Хиггса с фермионами по сравнению со Стандартной моделью, составила в конце концов μ(ττ) = 0,78 ± 0,27 и μ(bb) = 1,0 ± 0,5. Общий вывод остается прежним — распад на фермионы вполне сходится с предсказаниями Стандартной модели.

Новые измерения этих величин появятся только после набора новой статистики, который начнется в апреле 2015 года.


Предливневый детектор CMS требует ремонта

В 2013–2014 годах Большой адронный коллайдер, а также все работающие на нем детекторы, проходят плановое техобслуживание и модернизацию. Плотная программа работ была распланирована еще давно, и она постепенно выполняется, однако иногда в нее вмешиваются и новые проблемы.

Так, в конце прошлого года в ходе работ на детекторе CMS был выявлен дефект в одном из детекторных модулей — в так называемом предливневом детекторе. Это специальная начиненная электроникой и чувствительными материалами прослойка диаметром несколько метров и толщиной два десятка сантиметров, которая установлена между трековым детектором и калориметром и которая улучшает способность детектора различать фотоны разного происхождения. Она была установлена на CMS одной из последних и исправно проработала в течение первого трехлетнего сеанса работы LHC.

Техническая особенность этого модуля состоит в том, что в нем есть два слоя электроники, которые надо держать при разных температурах. Один слой должен работать при –15°C, а второй — при +18°C. Оба слоя находятся в тесном контакте, и поэтому для поддержания температурного режима нужна сложная система охлаждения и подогрева. Именно в системе подогрева и была обнаружена проблема. Выполнить ремонт прямо на месте невозможно, поэтому оба предливневых детектора, установленных на двух торцах CMS, пришлось аккуратно снимать и поднимать из подземного зала на поверхность. Эта операция была успешно выполнена в конце ноября–начале декабря; видео и фотографии доступны на странице новостей коллаборации CMS. Сейчас оба предливневых детектора находятся в лаборатории; их ремонт и установка обратно в детектор запланированы на весну этого года.


Свойства хиггсовского бозона могут быть сильно связаны с загадкой асимметрии вещества и антивещества

Большой адронный коллайдер к настоящему времени открыл только хиггсовский бозон и не нашел никаких существенных отклонений от Стандартной модели. Тем не менее есть несколько причин считать, почему физика микромира не может ею ограничиваться.

Одна из них состоит в том, что Стандартная модель неспособна обеспечить преобладание вещества над антивеществом, которое мы наблюдаем во Вселенной. Детальные расчеты показывают, что главная трудность — создание сильно неравновесных условий в ранней Вселенной. Такие условия в рамках Стандартной модели могут возникнуть только во время фазового перехода, в котором запускается хиггсовский механизм и появляются массы у частиц. Однако этот фазовый переход слишком слабый. Усилить его можно только с помощью новых частиц или явлений, то есть за счет выхода за пределы Стандартной модели.

Предположим, что эти новые частицы существуют и что они действительно делают фазовый переход сильным, но сами по себе они очень неохотно рождаются в коллайдере. Можно ли как-то косвенно обнаружить их реальность? Оказывается, да. В новой теоретической статье arXiv:1401.1827 показывается, что в этом случае свойства хиггсовского бозона — того самого, который уже обнаружен и активно исследуется, — будут заметно (на десятки процентов) отличаться от стандартного.

Этот результат открывает перед физиками некоторые обнадеживающие перспективы. Даже если в ближайшие годы на коллайдере не будет открыто никаких новых частиц, всё равно можно будет заглянуть еще глубже в то, как «работает» микромир. Либо будут найдены существенные отклонения от стандарта в вероятностях распада хиггсовского бозона на разные частицы, либо целый класс теорий будет поставлен под сомнение. В таком случае вопрос о том, как же возник дисбаланс между веществом и антивеществом, станет еще более острым.


Наверх  |  следующая >>
 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия