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


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.


2.07.14 | LHC

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.


30.06.14 | LHC  | Комментарии (13)

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.


Поиск майорановских нейтрино в распадах мезонов дал отрицательный результат

Диаграмма распада B-мезона на комбинацию частиц π+μ–μ– за счет рождения и распада тяжелого майорановского нейтрино (N)

Нейтрино — частицы чрезвычайно легкие и практически недетектируемые. Однако в некоторых задачах нейтринной физики LHC всё-таки может помочь. На днях коллаборация LHCb выпустила статью о поиске нового сорта нейтрино в распадах B-мезонов — так называемых майорановских нейтрино (у которых частица и античастица совпадают). Этот результат ограничил значения параметров, которые могут теперь использовать теоретики в своих построениях.


Масса хиггсовского бозона остается сложной для оценки величиной в минимальной суперсимметричной модели

Несмотря на все поиски на Большом адронном коллайдере, суперсимметрии пока не видно. Однако уже тот факт, что LHC не обнаружил тех или иных эффектов, позволяет установить ограничения на предсказывающие их теоретические конструкции (см. обзорную статью и подборку новостей, относящихся к суперсимметрии).

Одно из самых важных ограничений возникает из массы хиггсовского бозона. Открытый полтора года назад бозон имеет массу 126 ГэВ. Это уже на грани допустимого для моделей, использующих самый простой вариант суперсимметрии. Однако несколько месяцев назад мы писали, что эти трения между наблюдениями и теорией могут быть не такими уж и большими: новые вычисления показали, что значение 126 ГэВ может неплохо вписываться в интервал предсказаний без существенной подстройки модели.

Сейчас выясняется, что далеко не все специалисты согласны с этим выводом и вообще доверяют опубликованным тогда вычислениям. В е-принте arXiv:1312.5743, появившемся в конце декабря, приводятся не только результаты более тщательного расчета, но и конкретные доводы против упрощений, использованных в сентябрьской оптимистичной статье. Таким образом, общий вывод пока можно сформулировать так: измеренное значение массы бозона Хиггса требует довольно тяжелого суперпартнера топ-кварка или других не очень комфортных предположений об устройстве теории.

Подчеркнем, что все эти сложности касаются только минимального варианта суперсимметричных моделей. Как только эти рамки расширяются, никаких трудностей нынешние данные для суперсимметрии не представляют.

Этот пример лишний раз подчеркивает, какой сложной может быть ситуация в теоретической физике даже при изучении одного и того же вопроса. Несколько групп, плотно занимающихся этими расчетами несколько лет, могут расходиться друг с другом в своих выводах и не доверять предположениям, сделанным другими. Когда здесь можно ожидать разрешения ситуации, пока непонятно. Впрочем, в одном все сходятся точно: экспериментальная проверка суперсимметрии гарантированно будет очень сложной, возможно неразрешимой, задачей для LHC.


Коллаборация LHCb работает над серьезной модернизацией детектора

Большой адронный коллайдер проходит сейчас плановое техническое обслуживание и небольшую модернизацию. Эта фаза продлится до конца 2014 года, и она включает в себя длинный список технических работ как на самом ускорителе, так и на всех установленных на нем детекторах.

Однако все эти мероприятия касаются ремонта и улучшения уже установленных и работающих частей аппаратуры; в отдельных случаях речь идет о доустановке отдельных компонентов. Никакой существенной модернизации ключевых узлов эти работы не предусматривают. Такой апгрейд намечен лишь на 2018–2019 годы, но уже сейчас все специалисты вовсю готовятся к этому этапу «перевооружения» коллайдера.

На днях коллаборация LHCb представила подробные технические проекты (Technical Design Reports) по модернизации ключевого узла своего детектора — вершинного детектора VELO, — а также всей системы идентификации частиц. Оба проекта опубликованы на сайте ЦЕРНа (LHCb VELO Upgrade Technical Design Report и LHCb PID Upgrade Technical Design Report). Популярные сообщения об этих проектах появились на сайте коллаборации LHCb, а также на их страничке в Google+.

VELO — это первый, самый чувствительный и самый хрупкий, слой детектора LHCb, через который пролетают частицы, родившиеся в столкновении протонов. Он установлен в считанных миллиметрах от протонного пучка — а пучок этот, напомним, обладает энергией, сравнимой с кинетической энергией летящего реактивного самолета! Главная задача этого детектора — с высокой точностью восстановить первые миллиметры траектории рожденных частц. Благодаря этому LHCb может изучать рождение и распады очарованных и прелестных адронов с недостижимой ранее точностью.

Коллаборация планирует полностью переделать VELO к 2018 году, повысив его быстродействие и точность определения координат частиц. Это потребует, среди прочего, и реализации новой системы охлаждения этого детектора, про которую мы уже писали в новости Модернизация вершинного детектора в LHCb потребует новой технологии охлаждения. Ближайшие пару лет коллаборация планирует посвятить окончательной доработке технологий, а в 2016 году начнется непосредственное изготовление этого детектора.

Система идентификации частиц тоже играет важнейшую роль при выполнения научных задач детектора. Это совокупность детекторных компонентов (черенковские детекторы, калориметры, мюонные детекторы), которые должны быстро и четко опознать тип частиц, оставивший каждый конкретный след в детекторе VELO. Физики рассчитывают к 2020 году повысить частоту столкновений на LHCb, а значит, эта система идентификации должна за выделенное время (25 наносекунд) не только сработать, но и быстро опознать тип частиц. Это предъявляет повышенные требования не только к самим исследовательским инструментам, но и к обслуживающей их электронике. В частности, на детекторе планируется внедрить новый триггер — электронную схему, которая за экстремально короткое время принимает решение, сохранять информацию об этом столкновении или нет. Здесь планы аналогичные — к 2016 году изготовить работающие прототипы всех компонентов, а к 2018 году приступить к их изготовлению.

Таким образом, к третьему этапу работы коллайдера (LHC Run 3, 2020–2022 годы) детектор LHCb подойдет полностью обновленным.


Запущен онлайн-проект, посвященный экзотическим распадам хиггсовского бозона

Один из семи типов распада хиггсовского бозона, которые были проанализированы в рамках проекта

Представительный коллектив авторов запустил научный информационный сайт Exotic Higgs Decays о необычных распадах хиггсовского бозона, а в архиве е-принтов появился их 172-страничный обзор, который не только дублирует информацию с сайта, но и содержит ее подробное обсуждение. Предполагается, что этот проект станет основным справочным руководством для желающих глубже изучить возможные распады бозона Хиггса в рамках разнообразных моделей.


Модернизация коллайдера идет по расписанию

Общий график запланированных работ на LHC и трех предварительных ускорителях

Большой адронный коллайдер с детекторами, а также вся обслуживающая их инфраструктура находятся сейчас в состоянии планового техосмотра и модернизации. 4 декабря состоялось очередное заседание Комитета по экспериментам на LHC с докладами о текущем состоянии работ на ускорительном комплексе и детекторах. В целом все работы лишь чуть-чуть запаздывают относительно запланированного графика, и это отставание вполне можно будет нагнать.


Распад бозона Хиггса на частицы материи еще сильнее указывает на его стандартность

Графическое изображение события-кандидата в распад бозона Хиггса на два тау-лептона, зарегистрированного детектором ATLAS

Две главных коллаборации, работающие на Большом адронном коллайдере, представили новые результаты по распаду бозона Хиггса на фундаментальные частицы материи — кварки и лептоны. Их совместные данные впервые доказывают, что этот распад действительно идет, и служат дополнительным свидетельством в пользу того, что обнаруженный бозон Хиггса — самый стандартный из всех ожидавшихся вариантов.


Пополнение в проекте про LHC

Проект «Большой адронный коллайдер» на «Элементах» пополнился несколькими новыми страницами, посвященными исследованиям адронов на LHC. Это ознакомительных страницы про адронную классификацию, про задачи, связанные с изучением адронов, а также страницы с результатами LHC по адронной спектроскопии, редким распадам B-мезонов и свойствам топ-кварков.


ЦЕРН запускает программу по изучению новых коллайдеров на энергии вплоть до 100 ТэВ

Как уже неоднократно подчеркивалось на «Элементах», современные коллайдерные проекты требуют не только существенных финансовых вложений, но и значительного времени для их реализации. Ориентировочно, сейчас проходит как минимум 10 лет между черновым проектом коллайдера и детекторов и окончательной доработкой всех технологий, а затем еще примерно столько же времени требуется для запуска разработок в производство и сооружения установки. Поэтому, если ЦЕРН хочет всегда быть на переднем крае исследований, он должен заглядывать далеко вперед.

Большой адронный коллайдер является сейчас главным приоритетом ЦЕРНа и будет оставаться им как минимум до 2030 года. Однако уже давно физическое сообщество разрабатывает проект линейного электрон-позитронного коллайдера, и ЦЕРН принимает в этом активное участие. Судя по всему, технологии для его создания уже созрели, и его сооружение начнется в 2010-х годах. Еще лет через 10 линейный коллайдер начнет свою работу, и это примерно совпадет с окончанием основного цикла работы LHC. Каким бы ни был итоговый результат LHC — найдет он что-то принципиально новое или нет, — линейный e+e-коллайдер будет тщательно исследовать те явления, которые LHC увидел только в общих чертах.

Но ЦЕРН смотрит еще дальше. В 2030-2040-е годы, когда LHC уже устареет, а линейный e+e-коллайдер не уйдет вперед по энергии, физикам потребуется новая установка с существенно более высокой энергией, чем дает LHC. Речь тут может идти о новом кольцевом ускорителе протонов с энергией порядка 100 ТэВ — в 7 раз больше, чем сможет выдать LHC. Такому ускорителю будет слишком тесно в нынешнем 27-километровом туннеле ЦЕРНа, и поэтому под него должен быть вырыт новый кольцевой туннель окружностью 80–100 км.

Как бы грандиозно это ни звучало, но такие проекты уже обсуждаются, правда в основном для нового поколения кольцевых электрон-позитронных коллайдеров. Один из них называется TLEP и как раз подразумевает прокладку нового 80-километрового туннеля недалеко от ЦЕРНа. К слову, в октябре этого года прошла уже шестая (!) конференция, посвященная этому проекту; некоторые его подробности мы упоминали в новости Физики обсуждают варианты «хиггсовской фабрики». Если работа над ним пойдет быстрыми темпами, то он может стать первым этапом на пути к будущему 100-тэвному протонному коллайдеру.

Для того чтобы поставить разработку проектов такого масштаба на серьезную основу, ЦЕРН запускает новую пятилетную программу по изучению будущих циклических коллайдеров — она так и называется “Future Circular Collider Study”. Заметка об этой инициативе за авторством директора ЦЕРНа Рольфа Хойера появилась на днях в журнале CERN Courier. В качестве первого крупного мероприятия в рамках этого проекта в феврале 2014 года намечена четырехдневная рабочая конференция, которая пройдет в Женевском университете. После него станет понятно, на какие этапы будет разбито это исследование и какие именно конкретные цели оно будет преследовать. В идеале ожидается, что к 2018 году, когда будет обсуждаться новая Европейская научная стратегия, это исследование сможет дать четкие рекомендации относительно грандиозных ускорительных проектов нового поколения.


Представлены результаты эксперимента MoEDAL по поиску магнитных монополей

Эксперимент MoEDAL — это специализированная установка по поиску гипотетических магнитных монополей и других возможных частиц с высокой ионизационной способностью. Это самый скромный среди всех детекторов, установленных на LHC, скромный как по своим размерам, так и по используемым технологиям. Он предназначен не для активной, а для пассивной регистрации частиц, причем в таких условиях, в которых все остальные детекторы эти частицы не заметили бы. Так что, несмотря на свою дешевизну и простоту, он кое в чем дополняет работу больших детекторов.

Метод регистрации, вкратце, таков. В экспериментальном зале детектора LHCb, недалеко от точки столкновения протонов, установлены регистрирующие экраны и металлические стержни. Экраны были установлены на стенках зала почти с самого начала работы LHC. Если бы в столкновениях протонов рождались медленные стабильные частицы с большим электрическим зарядом или монополи, то они могли бы пролететь сквозь экраны и оставить в них свой след. Металлические стержни были добавлены в сентябре 2012 года. Они должны захватывать вылетающие монополи в ходе работы коллайдера, а потом экспериментаторы смогли бы «прогнать» стержни на чувствительном сверхпроводящем магнитометре и обнаружить эти пойманные монополи. В качестве рабочего материала здесь используется алюминий — он и дешев, и обладает высокой захватывающей способностью к магнитным монополям.

На днях в архиве е-принтов появилась статья arXiv:1311.6940 с первыми результатами MoEDAL, полученными после магнитного анализа металлических стержней. Стержни были разрезаны на небольшие фрагменты (всего их было 606) и в сентябре 2013 года проанализированы на сверхпроводящем магнитном спектрометре в швейцарском Федеральном институте технологий в Цюрихе (ETH Zurich). Этот прибор обычно используется для изучения магнетизма горных пород; калибровка показала, что он будет способен детектировать наличие монополей в широком диапазоне магнитных зарядов.

При изучении всех образцов никакого монопольного сигнала не было обнаружено. Результаты позволяют исключить присутствие в образцах пойманных монополей с магнитным зарядом больше 0,4 от дираковского заряда — стандартной единицы измерения магнитного заряда монополя. Поскольку условие квантования Дирака требует, чтобы магнитный заряд монополя был кратен дираковскому, можно сказать, что в исследованных образцах монополей не было найдено вовсе.

Таким образом, эксперимент MoEDAL впервые расширил спектр инструментальных поисков монополей. Если раньше физики искали (и не находили) только природные, космические монополи — которых могло быть мало в силу каких-то астрофизических причин, — то сейчас они ищут (и не находят) монополи рукотворные.

Новая фаза работы эксперимента MoEDAL пройдет в 2014–2015 годах, когда еще больший объем чувствительного вещества будет ловить монополи в столкновении протонов на обновленном LHC.


Поиск Новой физики по широкому фронту не дал положительных результатов

Коллаборация CMS опубликовала на днях статью arXiv:1311.6736, в которой сообщается о результатах нового поиска отклонений от Стандартной модели. В отличие от большинства таких исследований, в этот раз физики искали не проявления какой-то определенной модели Новой физики (например, суперсимметрии), а просто «хоть что-то нестандартное» в событиях с рождением лептонов (электронов или мюонов) и адронов. Критерии отбора данных были таковы: два лептона одинакового заряда и как минимум две адронные струи. Кроме того, в более специализированных анализах требовалось наличие несбалансированного поперечного импульса или присутствие b-струй, то есть адронных струй, порожденных b-кварком.

Лептоны одинакового заряда нужны для того, чтобы выделить события, хоть немного непохожие на что-то совершенно стандартное, то есть чтобы уменьшить фон. Просто комбинация вида «электрон, позитрон, адроны» встречается так часто в самых обычных столкновениях, что искать на этом огромном фоне что-то новое исключительно трудно. Зато комбинация «два электрона и адроны» рождается за счет Стандартной модели намного реже, и потому есть шанс на этом фоне разглядеть что-то необычное, что могло бы происходить в самых разных моделях Новой физики.

Коллаборация CMS провела несколько видов анализа и ни в одном не нашла существенных отклонений от Стандартной модели. Были установлены новые ограничения на параметры различных моделей, а также ограничения на сечение рождения топ-кварков одинакового знака.


ЦЕРН откроет доступ ко многим данным LHC

Небольшая подборка результатов столкновений на LHC уже сейчас доступна всем желающим для просмотра и анализа

Физики хотят не просто получать новые данные по элементарным частицам, но и обеспечить их сохранность в будущем. Для этого данные должны быть защищены от потери вследствие технических поломок, а также надо сделать так, чтобы будущие поколения исследователей могли в этих данных разобраться. Оба требования можно удовлетворить, если объективные данные, полученные на LHC, будут выложены в открытый доступ.


Коллаборация ALICE готовит модернизацию мюонной системы своего детектора

Пример использования будущего трекера мюонов в детекторе ALICE

После того как физики и техники убедились в надежной работе LHC, они принялись за его усовершенствование. Один из примеров подобных технических новшеств — новая система регистрации мюонов Muon Forward Tracker, которую планируют установить на детекторе ALICE. Подробное описание этого проекта можно найти в документе CERN-LHCC-2013-014, а в журнале CERN Courier посвящена ему небольшая заметка.


Суперсимметричные частицы не видны и в сложных каналах распада

Одна из важных задач Большого адронного коллайдера — проверка идеи суперсимметрии и поиск суперсимметричных частиц. До начала работы LHC многие теоретики надеялись, что суперсимметричные частицы можно будет легко обнаружить буквально в первые месяцы работы коллайдера. Увы, после трех лет работы никаких таких ярких эффектов не видно.

Конечно, эти данные ни в коем случае не закрывают саму идею суперсимметрии. Они лишь говорят, что «легкой жизни» — когда новый эффект сразу бросается в глаза — исследователям суперсимметрии ждать не следует. Дальнейшие поиски по-прежнему возможны, но их придется «выцарапывать» из сложных для анализа событий.

На адронных коллайдерах легкими для изучения считаются «чистые» события с энергетическими фотонами, мюонами или электронами, а трудными — «грязные» события, в которых рождается очень много адронов. Поиски суперсимметрии в лептонных каналах пока ничего не дают, так что теперь физикам приходится тщательно изучать многоадронные процессы и пытаться найти в них отклонения от Стандартной модели.

На днях коллаборация CMS опубликовала новые результаты поиска гипотетических частиц, которые рождались бы парно и распадались бы на три адронные струи. При этом рассматривались два варианта: когда все три струи содержали только легкие адроны или когда одна из них начиналась из тяжелого b-кварка (такой вариант анализировался впервые). Обработав всю статистику, накопленную на энергии 8 ТэВ, коллаборация не нашла ничего выходящего за рамки Стандартной модели. В обоих вариантах поиска получены лишь новые ограничения на гипотетические частицы.

Подобные исследования будут появляться и в течение всего 2014 года, пока коллайдер будет готовиться к новому этапу работы, но, видимо, ничего выдающегося без новых данных пока ожидать не приходится.


Крупнейшее совещание Snowmass-2013 подводит итоги

Совещание Snowmass on the Mississippi

Летом этого года в Миннеаполисе состоялось совещание по физике элементарных частиц под названием Snowmass on the Mississippi. Его глобальной задачей было охарактеризовать современное состояние физики элементарных частиц во всех ее аспектах, с некоторым упором на ту роль, которую в этом играют или должны играть США. Сейчас стали появляться подробные и достаточно популярные обзоры тех или иных аспектов физики частиц, которые смогут заинтересовать и неспециалистов.


Анонсирован онлайн-курс, рассказывающий об открытии хиггсовского бозона

Программа дистанционного обучения FutureLearn объявила о записи на бесплатный онлайн-курс, посвященный открытию хиггсовского бозона. Курс длительностью 7 недель стартует 10 февраля 2014 года и будет ориентирован на широкую публику. В объявлении указано, что для понимания курса потребуется лишь школьная математика и базовые знания по физике. Вести курс будет Кристос Леонидопулос (Christos Leonidopoulos), физик-экспериментатор, работающий на LHC, и сотрудник Эдинбургского университета, в котором работает и Питер Хиггс.


23.10.13 | LHC, Обзоры

Вышло несколько обзоров, касающихся LHC

В вышедшем на днях выпуске за 2013 год ежегодного журнале Annual Review of Nuclear and Particle Science опубликовано сразу несколько обзоров, напрямую относящихся к инструментальным и физическим аспектам работы Большого адронного коллайдера. Некоторые из них уже появлялись в архиве е-принтов в течение последнего года.

Обзоры Photodetectors in Particle Physics Experiments и Status and New Ideas Regarding Liquid Argon Detectors (доступен как arXiv:1307.6918) касаются развития детекторных технологий, применяемых в том числе на LHC. Еще два обзора посвящены научному и технологическому (arXiv:1302.2587) наследию американского коллайдера Тэватрон, верой и правдой служившего физикам три десятилетия (см. ленту новостей Тэватрона).

Несколько обзоров касаются научных вопросов, изучающихся на LHC, таких как состояние суперсимметрии и проблема ее «естественности» (arXiv:1302.6587; см. также нашу подробную новость), поиск редких распадов и CP-нарушения в Bs-мезонах (arXiv:1303.5575; см. также нашу новость), новые мезоны из семейства боттомония (arXiv:1212.6552), а также процессы столкновения тяжелых ядер (arXiv:1301.2826; см. нашу подборку новостей).


Новые результаты по механическим свойствам сцинтиллирующих кристаллов важны для физики элементарных частиц

Современные эксперименты по изучению элементарных частиц, как правило, исключительно сложны и требуют понимания огромного количества инструментальных тонкостей. Это включает, среди прочего, и знание того, как ведут себя материалы в разнообразных условиях. Например, для измерения энергий пролетевших частиц часто используются сцинтиллирующие кристаллы. При таком методе измерения частица сначала выбивает ливень электронов, позитронов и фотонов, а затем сцинтиллятор эти фотоны поглощает и измеряет суммарную энергию. При этом важно, чтобы кристалл сам по себе не «фонил», то есть не высвечивал фотоны просто так, за счет эффектов, не связанных с пролетающими частицами.

Возможно, для детекторов на LHC это требование не так важно, но оно становится особенно критичным для специальных экспериментов, в которых ищут сверхредкие события, например при регистрации частиц темной материи. В них каждое срабатывание сцинтиллятора — на вес золота. Для пущей надежности, в таких экспериментах часто ищут не просто короткие вспышки света, а вспышки в сопровождении звукового импульса, «щелчка», который порождает пролетевшая частица — это помогает лучше отделить сигнал от фона.

Для хорошей регистрации слабого «щелчка» кристалл желательно охладить до сверхнизких температур (вплоть до долей кельвина). Но когда кристаллы охлаждаются, они сжимаются, и в установке возникают механические напряжения. Поэтому для надежной оценки уровня внутреннего фона (и как следствие, для надежного вывода о регистрации частиц темной материи) необходимо знать свойства кристалла при различных механических нагрузках. Иными словами, надо в деталях понимать механолюминесценцию этих кристаллов, то, как они светятся под нагрузкой.

Вот этот конкретный вопрос стал предметом исследования, опубликованного на днях в журнале Physical Review Letters. Эксперименты с несколькими типами сцинтиллирующих кристаллов, часто используемых в детекторах элементарных частиц, показали, что при сдавливании в них действительно могут происходить вспышки фотонов с одновременным «щелчком». Интересно, что такие события могут случиться не только непосредственно в момент механического воздействия, но и спустя некоторое время после него. Таким образом, они представляют собой новый источник фона, особенно важный для криогенных экспериментов по поиску редких событий.


Наверх  |  следующая >>
 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия