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
Масштабы: времена
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


Первые столкновения на энергии 13 ТэВ запланированы на четверг

Подготовка коллайдера к новому сеансу работы подходит к знаковому событию. В согласии с текущим расписанием, утром в четверг 21 мая ожидаются первые столкновения протонов на рекордной энергии 13 ТэВ. Интенсивность пучков будет очень низкой, никаких новый открытий при этом не ожидается, но сам факт достижения такой энергии, ради которой, собственно, и строился коллайдер, будет символичным.

Напоминаем, что состояние коллайдера и многих его подсистем можно отслеживать в реальном времени через систему онлайн-мониторов OP Vistars. Главная страница мониторов, LHC Page 1, показывает текущее состояние пучков, а дополнительные технические подробности можно найти по ссылкам в выпадающем меню. Глобальная конфигурация коллайдера и планы на ближайший день-два отображаются на экране LHC Coordination.


16.05.15 | LHC  | Комментарии (2)

Совместная статья CMS и LHCb опубликована в журнале Nature

На днях в журнале Nature была опубликована совместная статья коллабораций CMS и LHCb, посвященная сверхредким распадам B-мезонов на мюон-антимюонную пару. В ней, в частности, сообщается об окончательном открытии этого распада для Bs-мезона и о подозрительном превышении вероятности такого распада для его более легкого собрата, B-мезона. Пресс-релиз об этой работе появился также на сайте ЦЕРНа, а сама новость прошла по многим СМИ.

Чтобы исправить возможное недоразумение, подчеркнем, что, несмотря на громкие заголовки, речь сейчас не идет о каком-то новом, неизвестном ранее результате. Новая публикация — это ровно та же статья Observation of the rare B0s→μ+μ decay from the combined analysis of CMS and LHCb data, которая была выложена в архив е-принтов полгода назад и про которую мы писали в новости Опубликованы окончательные результаты CMS и LHCb по сверхредким распадам B-мезонов. Изменилось лишь то, что эта статья прошла полный цикл рецензирования и сейчас с полным правом считается опубликованным научным результатом. Все численные результаты остались теми же, что и в предварительной версии статьи.


На LHC прошли первые пробные столкновения

Во вторник утром в Большом адронном коллайдере прошел первый сеанс протонных столкновений. Напомним, что сейчас на коллайдере ведется отладка и настройка всех компонентов ускорителя и детекторов; настоящие физические исследования пока не начались. Целью нынешних столкновений протонов тоже была настройка установок, и, в частности, выравнивание отдельных детекторных компонентов. Столкновения проводились между пучками низкой интенсивности и на энергии инжекции (0,45 ТэВ на протон). В настоящее время эти столкновения прекращены из-за небольшой неисправности в предварительном ускорителе SPS (см. страницу SPS Page 1 в онлайн-мониторе коллайдера), но ожидается, что к завтрашнему утру ситуация нормализуется и столкновения возобновятся.

В целом, команда специалистов, работающая над запуском коллайдера, выполнила все тесты с пучками минимальной интенсивности. Работа продвигалась несмотря на ряд сложностей и мелких неисправностей, которые приходилось преодолевать в последние недели. Следующий этап — подготовка к работе с пучками номинальной (то есть полной) интенсивности. Это подразумевает рост числа протонов в каждом сгустке и постепенное увеличение количества сгустков в пучке. Ток в пучке при этом возрастет в сотни раз, и техникам надо будет убедиться, что все системы ускорителя работают штатно и при такой нагрузке.


Детектор ATLAS видит еще одно небольшое отклонение от Стандартной модели

<b>Рис. 1.</b> Отбор событий с как минимум тремя b-кварками, с двумя лептонами одинакового знака, и с большим дисбалансом поперечного импульса показывает некоторое превышение над ожиданиями Стандартной модели

Недавно коллаборация ATLAS опубликовала результаты очередного анализа данных, для которого выбирались события специального вида: как минимум две адронные струи, из которых одна — результат распада b-кварка, как минимум два электрона или мюона одинакового знака заряда и большой дисбаланс в поперечном импульсе. В данных ATLAS их обнаружилось больше, чем предсказывает Стандартная модель.


LHCb продолжает открывать новые редкие распады B-мезонов

Среди многочисленных адронов самыми интересными с точки зрения открывающихся возможностей являются B-мезоны. Они достаточно тяжелы и потому могут распадаться на множество комбинаций более легких адронов. Особенно интересны редкие распады B-мезонов, в которых b-кварк распадается не по своему обычному пути, с превращением в c-кварк, а как-то иначе. Вероятности этих распадов малы, они составляют миллионные доли, а иногда и того меньше, но именно такие редкие процессы позволяют почувствовать разные нетривиальные эффекты, сопровождающие распад.

Детектор LHCb, специально «заточенный» под изучение B-мезонов, продолжает не торопясь открывать новые варианты редких распадов и измерять их вероятности. Это касается не только лептонных и полулептонных распадов, но и чисто адронных. Недавно вышло сразу несколько статей коллаборации, в которых сообщается об открытии таких распадов и измерении их свойств.

В работах Observation of the B0s→η′η′ decay и Observation of the B0→ρ0ρ0 decay from an amplitude analysis of B0→(π+π)(π+π) decays физики рапортуют о надежном открытии распадов Bs→η'η' и B→ρ0ρ0. Вероятности этих распадов оказались равными примерно 33 миллионных и чуть меньше одной миллионной соответственно. В обоих случаях получившиеся мезоны сами очень нестабильны и распадаются дальше. Поэтому такие распады B-мезонов восстанавливаются не напрямую, а по сложной картине разлета всего набора конечных частиц. Малая вероятность этих распадов вкупе со сложным анализом не позволяла их надежно обнаружить в экспериментах прошлого поколения; детектор LHCb смог это сделать благодаря огромной накопленной статистике.

Коллаборация LHCb за последний месяц опубликовала еще несколько статей, посвященных менее редким распадам. Эти работы могут показаться рутинными, но все они преследуют главную научную цель LHCb — составить подробный каталог всех эффектов, которые сопровождают адронные распады, и тем самым дать теоретикам многочисленные «точки опоры» для проверки своих теорий.


Протоны разогнаны до 6,5 ТэВ

В субботу 11 апреля был сделан очередной шаг на пути к новому трехлетнему сеансу работы коллайдера. После того как физики убедились, что встречные пучки синхронизованы с ускорительной секцией и циркулируют устойчиво, началось собственно ускорение протонов. Примерно за 15 минут их энергия в обоих пучках была поднята с 0,45 ТэВ до расчетного значения в 6,5 ТэВ. Процедура прошла без каких-либо происшествий и без потерь пучков. Напомним, что главной задачей завершившейся недавно модернизации коллайдера было как раз достижение этого значения энергии. В ближайшее время техники продолжат проверки оборудования и управляемость пучков. Состояние коллайдера в реальном времени можно отслеживать по онлайн-мониторам OP Vistars.


Коллаборация LHCb подтверждает отклонение в распаде B-мезонов

Величина P5' в зависимости от инвариантной массы мюонной пары

Распады B-мезонов — это единственный раздел физики частиц, помимо свойств хиггсовского бозона, где Большой адронный коллайдер нашел сразу несколько любопытных отличий от предсказаний Стандартной модели. Среди них и странности в угловом распределении распада B0 → K*μ+μ. На прошедшей неделе коллаборация LCHb обнародовала обновленные данные по этому распаду.


Ситуация с процессом топ-антитоп-хиггс остается подвешенной

Несмотря на то что измеренные свойства хиггсовского бозона очень близки к стандартным, кое-какие отклонения всё же остаются. Одно из них касается процесса рождения хиггсовского бозона вместе с топ-антитоп-кварковой парой (ttH). Измерения, опубликованные коллаборацией CMS прошлым летом, показали почти трехкратное превышение вероятности этого процесса по сравнению со Стандартной моделью (подробности того исследования см. в новости Изучение рождения хиггсовского бозона вместе с топ-кварками выявило некоторое отклонение от Стандартной модели, «Элементы», 08.08.2014). Топ-кварки очень тяжелые, поэтому они сильно связаны с хиггсовским бозоном, и это вызывает большой интерес теоретиков. Впрочем, погрешности измерения пока что остаются высокими из-за трудности наблюдения этого процесса. Полученное CMS отношение этой вероятности к стандартной составляет 2,8±1,0 — то есть оно отклоняется от стандартного значения меньше, чем на 2σ.

Недавно коллаборация ATLAS обнародовала свои результаты этого процесса. Они такое сильное превышение не подтверждают. Результат ATLAS составил 1,5±1,1. Как видно, он вполне согласуется со стандартным значением, но, в общем-то, не противоречит ни результату CMS, ни даже противоположному случаю — полному отсутствию такого процесса. Таким образом, ситуация с усилением ttH-канала рождения остается подвешенной.

Конечно, физикам хотелось бы иметь более определенные результаты, но из нынешней статистики их уже не добыть. Зато большие надежды возлагаются на следующий сеанс работы коллайдера — Run 2. Мало того что к 2017 году ожидается пятикратное увеличение светимости, так еще и сам этот процесс будет происходить в четыре раза чаще, чем раньше. Такое усиление сечения — прямое следствие возросшей энергии столкновений. Так что ttH-канал — один из процессов, на которые следует обратить пристальное внимание в ближайшие годы.


Стартовал последний этап подготовки коллайдера к новому сеансу работы

Первые шаги протонного пучка в ускорителе

5 апреля специалисты наконец-то запустили пучок в главное кольцо Большого адронного коллайдера. Двухлетний период модернизации коллайдера и последующей его проверки на «холостом ходу» завершился. Теперь начинается последний этап подготовки коллайдера к новому сеансу полноценной научной работы — отладка с циркулирующими пучками.


Замыкание в электропитании магнита устранено

Работа коллайдера с пучком должна была, в согласии с расписанием, начаться в районе 23–25 марта. Однако в ходе тестов электропитания выяснилось, что в одном из сверхпроводящих магнитов — прямо внутри холодной зоны — электрическая цепь питания была закорочена на «землю». Рентгеновские снимки показали, что дефект вызван посторонним мелким металлическим проводком, оставшимся внутри после ремонта и закрытия поворотного магнита. После тщательного анализа всех возможностей было решено попробовать устранить его, пропустив через замкнутую цепь короткий, но достаточно сильный импульс тока.

Как сообщается в ленте технических новостей коллайдера, эта операция прошла успешно. Тесты, выполненные 31 марта и 1 апреля, показали, что замыкание исчезло, температура участка вернулась к рабочему значению и электромагнит стал полностью функциональным.

Кроме того, в течение всей недели выполнялись многочисленные тесты всех остальных секторов коллайдера. В секторе 3–4 пришлось вновь провести серию тренировок магнитов и довести их ток до планируемого значения. Все системы коллайдера проходят окончательные проверки и готовятся к приему пучка в начале следующей недели. Ход работ на следующей стадии запуска коллайдера — отладка с циркулирующим пучком — можно отслеживать по ежедневным техническим отчетам, которые свободно доступны онлайн.


Запуск пучка пока откладывается

Планировавшийся на этой неделе запуск пучка в Большой адронный коллайдер откладывается — и пока непонятно, насколько. 21 марта в ходе тестов по подаче напряжения на сверхпроводящие магниты обнаружилось, что в цепи электропитания одного из магнитов присутствует замыкание на «землю». Участок аппаратуры, в котором имеется дефект, был локализован и тщательно изучен с помощью рентгеновских снимков. Судя по предварительной информации, внутри одной из систем питания оказался мельчайший металлический обломок, оставшийся там после двухлетней модернизации коллайдера, который и закорачивает цепь.

Если бы аппаратура находилась при комнатной температуре, проблему можно было бы устранить в течение нескольких часов. Однако замыкание находится внутри самой холодной части магнита, находящейся при рабочей температуре 1,9 К (эта часть аппаратуры охлаждается не просто жидким, а сверхтекучим гелием). Этот магнит — вместе с целым сектором коллайдера — можно вернуть к комнатной температуре, а потом снова охладить, но на это уйдет около двух месяцев. Сейчас техники пробуют справиться с проблемой иным способом. Они поднимут температуру всего на несколько градусов, жидкий гелий станет газообразным, и им продуют этот сектор установки. Если эта процедура сдует злосчастный обломок, то расписание сдвинется всего на несколько дней. В противном случае задержка будет исчисляться неделями.

Технические подробности операции по устранению замыкания можно отслеживать по ежедневным отчетам группы по запуску коллайдера.


Большой адронный коллайдер вновь заработает на этой неделе

В ЦЕРНе идут последние приготовления к новому запуску Большого адронного коллайдера. Заканчивается тренировка сверхпроводящих магнитов; все сектора, кроме одного, уже сертифицированы для работы с протонами с энергией 6,5 ТэВ. Сектор 4–5 тоже близок к цели: последний срыв сверхпроводимости в дипольных магнитах был у него при токе 10,79 кА, а цель — научиться держать ток 11,08 кА. Кроме того, выполняются циклы «холостой работы» коллайдера (dry run): на все системы коллайдера подается питание и симулируется реальная работа, но только без циркулирующего внутри пучка.

Ожидается, что в среду 25 марта в коллайдере наконец-то вновь начнет циркулировать пучок. Это позволит техникам заняться окончательной отладкой коллайдера в «боевых условиях»: проверить весь цикл разгона и сброса пучка, отследить его стабильность и управляемость, протестировать все системы контроля. И лишь в конце мая, когда физики убедятся, что вся техника работает исправно, начнутся столкновения протонов на полной энергии 13 ТэВ и стартует сеанс работы LHC Run II.

Благодаря политике открытости ЦЕРНа за отладкой и запуском коллайдера можно следить по ленте технических новостей, а подробную информацию можно найти в слайдах ежедневных встреч группы по запуску коллайдера, которые свободно доступны олнайн.


Тренировка сверхпроводящих магнитов подходит к концу

Один из ключевых этапов подготовки коллайдера к новому сеансу работы — это тренировка поворотных магнитов для того, чтобы они смогли надежно держать ток 11 кА, что позволит работать с протонами с энергией 6,5 ТэВ. Подробнее об этом процессе см. на страничке Как тренируют магниты.

В течение последних месяцев в ЦЕРНе шла кампания по тренировки магнитов во всех секторах коллайдера. Первым цели достиг сектор 6–7 в декабре 2014 года, сейчас за ним подтягиваются остальные. Текущее состояние этих тестов вместе с графиками можно отслеживать на странице технических новостей LHC.

В принципе, при достаточном старании магниты можно будет натренировать и до 12 кА, что позволит выйти на проектную энергию коллайдера. Однако в 2015 году из соображений безопасности и в связи с более высоким приоритетом научных задач до этого значения решили не подниматься.


Symmetry Magazine рассказывает о центре управления ЦЕРНа

Общий вид пультовой ЦЕРНа

Рассказывая о работе современных коллайдеров, физики стараются не ограничиваться одними лишь сводками научных результатов и рапортами об открытиях. Они еще показывают широкой публике техническую сторону работы, а иногда даже и повседневную жизнь ускорительных центров. С этой целью журнал Symmetry опубликовал на днях рассказ в картинках о том, как устроена пультовая ЦЕРНа.


ATLAS и CMS обнародовали совместное измерение массы хиггсовского бозона

В эти дни в городке Ла-Тюиль в итальянских Альпах проходит ежегодная, уже пятидесятая по счету конференция Rencontres de Moriond. По традиции, на этой конференции экспериментальные группы рассказывают о своих новых результатах. 17 марта весь день был посвящен обзорным докладам по изучению хиггсовского бозона. Кроме многочисленных отдельных результатов ATLAS и CMS был впервые представлен и их объединенный результат по измерению массы хиггсовского бозона. Итак, по итогам первых трех лет работы коллайдера масса бозона Хиггса оказалась равной 125,09 ± 0,24 ГэВ (погрешность составляет менее 0,2%).

Вообще, это очень редкий пример измерения, для которого эти две группы смогли объединить свои данные — уж слишком различаются у них нюансы измерения и обработки данных. Интересно, что в данном случае это объединение не просто улучшило результат, но и устранило расхождения, которые видели ATLAS и CMS по отдельности. Дело в том, что массу бозона Хиггса можно определить по двум разным каналам распада — на два фотона или на два Z-бозона. В идеале эти два канала должны давать одинаковые результаты; в реальности же в обоих экспериментах они отличались на полтора-два стандартных отклонения. Но только отличия эти были в разные стороны! По данным ATLAS, двухфотонный распад показывал слишком большую массу, а ZZ-канал — слишком маленькую (подробнее про эту любопытную историю см. в новости Уточнена масса хиггсовского бозона: загадка ATLAS постепенно исчезает). В данных CMS было всё в точности наоборот. И вот теперь, после объединения данных ATLAS и CMS, оба канала стали идеально соответствовать друг другу. Это лишний раз показывает, как полезна в физике частиц конкуренция и сотрудничество двух экспериментов, изучающих одинаковые вопросы, но построенных по разным технологиям.

Рассказ об этом исследовании можно найти в пресс-релизе ЦЕРНа, а технические подробности — в докладе Майкла Дюрссена (Michael Duehrssen) на странице научной программы конференции, а также в совместной статье ATLAS и CMS.


Поиски суперсимметрии на коллайдере принесли новую интригу

Условная иллюстрация идеи суперсимметрии

Две коллаборации, работающие на Большом адронном коллайдере, сообщают, что в одном из многочисленных поисков суперсимметрии обнаружилось небольшое превышение над предсказаниями Стандартной модели. Оба коллектива видят отклонение в схожих, но всё же не идентичных, процессах. Статистическая значимость превышения невелика, около 3 стандартных отклонений, но это превышение дает новую надежду на то, что физика за пределами Стандартной модели уже не за горами.


Детектор CMS видит намеки на распад, невозможный в Стандартной модели

Практически все свойства хиггсовского бозона, изученные на Большом адронном коллайдере за первые годы работы, оказались удручающе стандартными. Даже двухфотонный распад, который на первых порах вызывал большой энтузиазм физиков, тоже в конце концов стал вписываться в предсказания Стандартной модели. Однако кое-какие загадки в измеренных свойствах хиггсовского бозона всё еще остались.

Одна из них — это любопытные данные детектора CMS относительно распада бозона Хиггса на мюон и тау-лептон+τ или μτ+). В рамках Стандартной модели такой распад невозможен. Хиггсовское поле не может менять тип лептонов, а значит, бозон Хиггса может распадаться лишь на лептон-антилептонную пару одинакового типа (электрон-позитрон, мюон-антимюон или тау-антитау). Зато процессы с нарушением сорта лептонов предсказываются некоторыми неминимальными хиггсовскими моделями. Надежная регистрация такого процесса стала бы первым намеком на Новую физику, священный Грааль современной физики частиц.

Летом 2014 года коллаборация CMS сообщила о первых намеках на обнаружение этого распада. Тогда это были лишь предварительные данные, которые потребовали еще нескольких месяцев для перепроверки. Две недели назад наконец-то появилась полноценная статья CMS. Исследователи сообщают, что после всестороннего анализа сохраняется небольшое превышение данных над фоном, вызванным обычными процессами или несовершенством детектора. Если это превышение интерпретировать как распад бозона Хиггса на пару μ+τ или μτ+, то его вероятность получается чуть меньше процента: (0,84+0,39–0,3)%. Статистическая значимость этого эффекта невелика — всего 2,4 стандартных отклонения, поэтому ни о каком серьезном открытии речи пока что нет. Отсутствует также и подтверждения от коллаборации ATLAS: она об этом поиске пока не отчиталась.

Тем не менее этот возможный намек на физику за пределами Стандартной модели задает теоретикам возможное направление исследований. В последнее время появилось несколько работ (1, 2, 3, 4), в которых в рамках Новой физики объясняются не только эти данные CMS, но и некоторые аномалии в распадах B-мезонов. Разумеется, прежде чем начать претендовать на реальное описание природы, все эти модели должны пройти проверку будущими данными LHC. Вполне возможно, что ситуация начнет проясняться уже к концу этого года.


Обновленный коллайдер готовится к новому сеансу работы

Модернизация коллайдера

Во время нового сеанса работы Большой адронный коллайдер будет сталкивать протоны с энергией 6,5 ТэВ. Это стало возможным благодаря огромному объему технических работ, которые за прошедшие два года были проведены буквально во всех узлах 27-километрового кольца LHC. Сайт ЦЕРНа перечисляет основные направления этих работ.


Уточняется расписание коллайдера на 2015 год

Текущее расписание работы LHC в 2015 году

Двухлетний перерыв в работе LHC на обслуживание и модернизацию заканчивается, и уже скоро коллайдер начнет набирать новую статистику. В 2015 году планируется постепенное повышение энергии и интенсивности пучков, а также проверка надежности работы систем ускорителя при разных нагрузках.


Протонный пучок — вновь в LHC

Столкновение протонов высоких энергий в детекторе LHCb

7 марта, после двухлетнего перерыва, протонный пучок вернулся в главное кольцо Большого адронного коллайдера. Техники приступают к таким операциям максимально осторожно, отслеживая поведение всех систем контроля ускорителя. В ближайшие две недели специалисты завершат тестирование сверхпроводящих магнитов, и в конце марта пучок вновь вернется в оллайдер, теперь уже надолго.


12 марта состоится пресс-конференция, посвященная перезапуску коллайдера

12 марта в ЦЕРНе пройдет пресс-конференция, посвященная новому трехлетнему сеансу работы Большого адронного коллайдера — LHC Run II. Во время этого мероприятия генеральный директор ЦЕРНа Рольф-Дитер Хойер, директор по ускорительной технике Фредерик Бордри, а также представители всех детекторных коллабораций будут отвечать на вопросы СМИ относительно технических аспектов обновленного коллайдера и научных задач, которые он будет решать. На сайте ЦЕРНа будет также организована видеотрансляция пресс-конференции.


Поиск редкого и необычного распада хиггсовского бозона пока не увенчался успехом

Пока что хиггсовский бозон остается единственной новой частицей, открытой на Большом адронном коллайдере. Более того, он является одной из немногих лазеек, через которые физики надеются обнаружить хоть какие-то отклонения от Стандартной модели. По этой причине значительная часть всех усилий экспериментаторов и теоретиков направлена на доскональное изучение всех свойств бозона и, в частности, редких его распадов.

На днях коллаборация ATLAS в своем е-принте Search for Higgs and Z Boson Decays to J/ψγ and Υ(nS)γ with the ATLAS Detector сообщила о результатах исследования по поиску редкого и необычного распада бозона Хиггса. В подавляющем большинстве случаев он распадается на фундаментальные частицы: кварки, тяжелые бозоны, фотоны. Однако есть очень небольшая вероятность, что он распадется не просто на кварки, а сразу на цельный мезон (например, J/ψ-мезон или какой-нибудь мезон из семейства тяжелых Υ-мезонов) и испустит при этом фотон. Для стандартного бозона Хиггса теория предсказывает, что вероятность составляет примерно три миллионных для распада J/ψ+γ и около одной миллиардной для распадов Υ+γ. Теоретики также предсказывают, что в некоторых теориях эти вероятности могут заметно отличаться от стандартной. А это значит, что экспериментальная проверка этой вероятности распада помогла бы физикам напасть на след Новой физики.

К сожалению, пока что статистика данных слишком мала для надежной регистрации этих распадов. Коллаборация ATLAS в своей статье установила на них лишь ограничение сверху — около одной тысячной. Тем не менее это было первым исследованием такого типа распадов, и в дальнейшем его методика будет улучшаться. Кроме того, в ближайшие годы коллайдер наберет как минимум вдесятеро большую статистику, что позволит еще внимательнее изучить эти и другие редкие распады хиггсовского бозона.


18.01.15 | Детектор CMS, LHC

Интерактивный график наглядно показывает хронологию научных результатов коллаборации CMS

За первые несколько лет работы Большого адронного коллайдера исследователи опубликовали свыше тысячи научных статей с его научными результатами. Чтобы наглядно показать хронологию этого потока научных данных, коллаборация CMS — один из главных «поставщиков» этих результатов — создала симпатичный апплет, на котором показаны все 360 научных статей CMS, обнародованных к настоящему времени. Все они разбиты на тематические группы (хиггсовский бозон, суперсимметрия, проверка экзотических моделей, физика B-мезонов и т. д.) и снабжены ссылками на тексты статей.


Зачем пылесосить детектор?

Подготовка аппаратуры к новому сеансу работы Большого адронного коллайдера требует иногда таких действий, которые непосвященному человеку поначалу даже и не придут в голову. Журнал Symmetry в своей заметке Vacuuming the ATLAS detector рассказывает об одной такой процедуре — необходимости тщательно пропылесосить детектор перед его окончательным запуском.

Детектор и весь подземный детекторный зал пылесосят не для того, чтобы просто устранить обычную пыль, а чтобы убедиться, что нигде не завалялся какой-нибудь винтик, обрывок стального провода или иная крепежная деталь. Например, на детекторе ATLAS в ходе полуторалетнего ремонта, техобслуживания и модернизации было проведено свыше 3000 отдельных ремонтных работ и технических операций. Многие из этих операций проводились одновременно друг с другом в разных частях детектора (напомним, что сам детектор ATLAS имеет 25 метров в диаметре и свыше 40 метров в длину). Разумеется, невозможно гарантировать, что ни в одной из этих манипуляций не была случайно обронена металлическая деталь. Когда детектор приступит к работе, в нем будет наведено магнитное поле несколько тесла, причем в больших объемах. Такое поле способно поднять целый автомобиль — что уж говорить об отдельном винтике или отвертке. Любая незакрепленная стальная деталь рискует тут же превратиться в миниатюрный снаряд, способный одним ударом вывести из строя чувствительный элемент детектора или электронную плату сбора данных. После стольких лет разработок, создания и установки детекторных элементов исследователи меньше всего хотели бы сесть в такую лужу.

Именно поэтому коллаборация ATLAS не пожалела лишнего времени и снарядила бригаду из сотни человек, вооруженных портативными пылесосами, которая тщательнейшим образом, буквально ползком, прошлась по всем этажам и закоулкам детектора. Сейчас эта работа завершена и детектор готовится к окончательному закрытию. Некоторые фотографии этой необычной операции можно найти в упомянутой заметке.


Подготовка коллайдера к работе выходит на финишную прямую

В последние недели уходящего года охлаждение ускорительного кольца LHC до рабочей температуры вступило в завершающую стадию. В середине декабря ускоритель был заполнен жидким гелием и полностью охлажден до 4 К. Почти все сверхпроводящие магниты ускорителя уже охлаждены до рабочей температуры 1,9 К, и этот этап будет полностью завершен в январе. Текущее состояние криосистемы коллайдера можно отслеживать на странице LHC Cryo, а по ссылкам можно выйти на графики температуры и давления во всех секторах за последнюю неделю.

В ноябре также началось тестирование сверхпроводящих магнитов, рассчитанное на стабильное удержание тока в 11 килоампер, что в следующем году позволит коллайдеру сталкивать протоны с энергией 6,5 ТэВ. Сайт ЦЕРНа сообщает, что 9 декабря эту проверку успешно прошел сектор 6–7, один из восьми сегментов ускорительного кольца LHC. В январе за ним подтянутся остальные, и когда весь коллайдер будет готов к работе на такой энергии, начнутся сеансы работы с пучками низкой интенсивности. Краткое описание плана работы в первые недели и месяцы 2015 года можно найти на странице 2015 Commissioning Outline.


Физики обсуждают понятие «естественности» в теориях элементарных частиц

Одним из серьезных уроков, которые вынесли теоретики из результатов LHC, стало переосмысление понятия «естественного» в теориях элементарных частиц. Естественность играет — или, по крайней мере, играла — важнейшую роль при построении новых теорий за пределами Стандартной модели. Модель, в которой слишком многое опирается на необъясненную и неправдоподобно точную подгонку численных параметров, заведомо менее привлекательна, чем теория, в которой многие эффекты получаются сами собой из небольшого числа предположений и без численной подстройки. Собственно, ожидания нескольколетней давности, что на коллайдере вот-вот откроют суперсимметрию, подпитывались не только самой суперсимметрией, но и соображениями естественности — уж слишком красиво все должно было сложиться в этом случае.

Отсутствие следов суперсимметрии на LHC нанесло удар не столько по суперсимметрии, сколько по этим слишком наивным ожиданиям (см. подробности в заметке Суперсимметрия в свете данных LHC: что делать дальше?). Как результат, регулярно стали появляться статьи, серьезно обсуждавшие само понятие естественности. Действительно ли она является важным критерием при построении теории? Если нет, то какие есть альтернативы? Если да, то как она работает в применении к тем или иным ситуациям, и в особенности к суперсимметрии и к массе хиггсовского бозона? Как правильно ее количественно охарактеризовать? Существует ли объективно предпочтительное определение меры естественности или же этот разговор неизбежно опирается на субъективное восприятие?

В ноябре в Институте Вейцмана в Израиле прошла специальная конференция Naturalness 2014, целиком посвященная этому клубку вопросов. Конечно, окончательных ответов на эти вопросы от такой конференции ждать не приходится, но, по крайней мере, их всестороннее обсуждение с конкретными физическими примерами послужило стимулом для дальнейших поисков.


ЦЕРН начал выкладывать данные LHC в открытый доступ

ЦЕРН выложил часть сырых данных в открытый доступ и предоставил инструменты для их изучения

Один из важных элементов информационной политики ЦЕРНа — стремление к максимальной прозрачности накопленных данных и полученных результатов. В прошлом году было объявлено об очередном шаге в этом направлении: ученые пообещали выкладывать в открытый доступ значительную часть накопленных коллайдером данных. На днях этот проект начал осуществляться.


Стартовали новые образовательные проекты, связанные с физикой на LHC

Как сам ЦЕРН, так и отдельные экспериментальные группы не замыкаются непосредственно на научных исследованиях, а стараются объяснять широкой публике, что и зачем они делают. Один из эффективных способов — это вовлечь в исследования школьников или широкую публику «с улицы». Кроме лаборатории S'Cool Lab и недавно запущенной инициативы ЦЕРНа по выкладыванию данных коллайдера в открытый доступ свои проекты появляются и у отдельных экспериментальных групп.

Так, коллаборация ATLAS открыла проект Higgs Hunters, в котором добровольцы могут помочь исследователям поискать следы необычных распадов хиггсовского бозона. Конечно, у коллаборации имеется мощное программное обеспечение, способное выполнять разнообразные поиски. Однако так уж получается, что, когда речь идет об узнавании и классификации сложных паттернов, человек зачастую эффективнее компьютера. Проект Higgs Hunter предлагает пользователям поразглядывать изображения событий и попытаться увидеть в них закономерности, которые ускользнули от компьютерного анализа.

Еще один проект, ориентированный в этот раз на школьников, запустила коллаборация MoEDAL. Она работает на самом необычном среди семи экспериментов LHC. Установка MoEDAL состоит из пассивных детекторов — чувствительных экранов, способных регистрировать необычные долгоживущие гипотетические частицы (например, магнитные монополи), которые могли бы рождаться в коллайдере. Искомые события очень редки, если вообще возможны, зато событий, порожденных радиационным фоном, там предостаточно. В рамках образовательного проекта предполагается, что команды школьников будут дистанционно отслеживать радиационный фон в области детектора MoEDAL для того, чтобы физики могли надежно зарегистрировать по-настоящему новые частицы.


Протонный пучок уже у дверей LHC

Протонный пучок начнет циркулировать в ускорительном кольце Большого адронного коллайдера только в 2015 году. Однако уже сейчас техники проверяют линии инжекции, выводящие протоны из предварительного ускорителя SPS и направляющие его в LHC. Протонный пучок при этом ударяет в защитные экраны и дальше не идет, но расположенные поблизости детекторы уже могут регистрировать долетающие до них частицы, рожденные в этих столкновениях. На днях такой тестовый сеанс работы прошел в детекторе LHCb. Детектор, за два года «изголодавшийся» по высокоэнергетическим частицам, зарегистрировал последствия удара протонов в экран и измерил поперечный профиль протонного пучка. Конечно, набора новых научных данных это измерение не подразумевало; его цель заключалась в проверке работоспособности всех систем ускорителя, а также в дальнейшей настройке нового, отремонтированного детектора LHCb.


Опубликованы окончательные результаты CMS и LHCb по сверхредким распадам B-мезонов

Объединенные результаты CMS и LHCb по вероятностям распада B-мезона

На днях в архиве электронных препринтов появилась совместная статья коллабораций CMS и LHCb, посвященная измерению вероятностей чрезвычайно редких распадов В-мезонов на мюон-антимюонную пару. В статье приведен анализ данных, накопленных в результате сеанса работы Run 1.


Опубликованы новые партонные распределения для LHC

К новому сеансу работы Большого адронного коллайдера Run 2, который стартует в следующем году, готовятся не только экспериментаторы, но и теоретики. На днях в архиве е-принтов появилась 138-страничная статья, авторы которой представили новые партонные распределения для коллайдера — элемент, совершенно необходимый для анализа протонных столкновений. Эти распределения были построены с учетом всех накопленных к настоящему моменту экспериментальных данных, включая и данные LHC Run 1. Кроме всего прочего, это первый набор распределений, для которых была выполнена особая проверка самосогласованности под названием closure test.

Суть этой проверки состоит в следующем. Имея построенные партонные распределения, можно с помощью численного моделирования сгенерировать массив псевдоданных, как бы эмулируя работу реального коллайдера и детекторов. Из этого массива псевдоданных можно заново извлечь партонные распределения и сравнить их с теми, с которых начинали, — два набора распределений должны быть близки друг к другу. Такая методика позволяет еще сильнее уменьшить теоретические погрешности в определении партонных распределений. Введение в эту методику можно найти не только в самой статье, но и в диссертации одного из участников работы, которая тоже на днях появилась в архиве е-принтов.


Фабиола Джанотти станет новым генеральным директором ЦЕРНа

Сайт ЦЕРНа сообщает, что 4 ноября на очередном заседании Совета ЦЕРНа был выбран следующий генеральный директор ЦЕРНа. Им впервые станет женщина — Фабиола Джанотти, одна из ключевых фигур в коллаборации ATLAS, официальный представитель этого коллектива с 2009 по 2013 год. В 2012 году она стала известна и широкой публике, когда в июле на историческом семинаре в ЦЕРНе от имени коллаборации ATLAS и в паре с представителем CMS она объявила об открытии хиггсовского бозона на LHC. В конце 2012 года журнал Time отметил ee как одного из главных кандидатов в номинации «Персона года». Фабиола Джанотти была также среди представителей ЦЕРНа, которым в 2013 году была вручена премия Special Breakthrough Prize от фонда Юрия Мильнера. В том же году она была выбрана и в Научный совет ООН.

Фабиола Джанотти вступит в должность 1 января 2016 года. Она сменит на этом посту Рольфа Хойера, который стал главой ЦЕРНа в 2009 году и под руководством которого был запущен коллайдер и прошел сверхуспешный с технической точки зрения сеанс работы Run 1. Физики очень надеются, что с именем Фабиолы Джанотти будут связаны не только инструментальные достижения ЦЕРНа, но и первое надежное открытие физики за пределами Стандартной модели.


Уточнены планы работы коллайдера на ближайшее время

13–15 октября в ЦЕРНе прошла очередная встреча Комитета по ресурсам LHC (LHC Resources Review Boards), на которой обсуждались финансовые и организационные вопросы работы коллайдера на ближайший год. Речь шла о текущем состояни, смете и будущих проектах всех детекторных коллабораций, работающих на LHC. Отдельная сессия была посвящена вопросам вычислительных мощностей всего проекта.

На этой встрече была кратко обрисована и текущая ситуация с подготовкой коллайдера к работе в 2015 году. Вот некоторые моменты, упомянутые в докладе Серджио Бертолуччи, директора ЦЕРНа по научным исследованиям:

  • Подготовка всей цепочки ускорителей идет по расписанию. Все предварительные ускорители, включая SPS, уже заработали и поставляют пучки в многочисленные церновские эксперименты.
  • Почти все секторы главного кольца Большого адронного коллайдера охлаждены до криогенных температур, и в них начинается тестирование электрических контактов. Старт работы с пучком запланирован на 9 марта 2015 года; набор данных начнется в мае.
  • В 2015 году энергия протонов будет держаться на значении 6,5 ТэВ. Попытки поднять ее до 7 ТэВ пока отложены. Однако в ходе экспериментов техники изучат то, как ведут себя магниты, как часто в коллайдере происходит экстренный сброс пучка, и на основании этих наблюдений будет выработана дальнейшая стратегия. Интервал следования сгустков друг за другом будет поначалу 50 нс, как и раньше, а в августе он будет уменьшен до проектного значения 25 нс.
  • Несколько лет назад, когда коллайдер только запускался, техников очень беспокоили неожиданные события энерговыделения, вызывавшие срабатывания системы безопасности и приводившие к сбросу пучка. Аппаратуру эти события не повреждали, однако существенную часть времени коллайдер вынужденно простаивал. Причина этих событий была не вполне понятна, и они даже получили сокращение UFOs (подробности см. в новости Внезапные потери протонов в пучках беспокоят техников). Хоть с тех пор об этой проблеме не особо слышно, она никуда не делась, просто с ней научились жить и бороться. Ожидается, что эта проблема будет усугубляться с ростом энергии, и поэтому в 2015 году будут введены дополнительные меры для того, чтобы система безопасности вовремя реагировала на них, но при этом не приводила к значительному простаиванию коллайдера.
  • Общие планы по набору светимости таковы: 10 fb–1 в 2015 году, 100 fb–1 — за весь этап Run 2 (до середины-конца 2018 года), 300 fb–1 — на этапе Run 3 (до 2022–2023 года).


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.


Наверх  |  следующая >>
 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия