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
Поиск 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


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.


Одновременное рождение двух хиггсовских бозонов тоже полезно изучать на LHC

Один из вариантов столкновений, которые могут привести к одновременному рождению двух хиггсовских бозонов на LHC

Экспериментальное изучение двойного хиггсовского рождения — дело очень хлопотное. Во-первых, требуется отловить продукты распада сразу двух бозонов Хиггса. А во-вторых, нужно отделить эти события от фона, то есть от других процессов, выглядящих похоже, но не включающих бозоны Хиггса на промежуточных этапах. На днях в архиве е-принтов вышла небольшая статья, которая рассказывает о начале подробного теоретического изучения этого процесса.


Интерес физиков к центральному эксклюзивному рождению бозона Хиггса угасает

Несколько лет назад, когда хиггсовский бозон еще не был открыт и физики не могли заранее предсказать его свойства, они готовились искать его на LHC во всех мыслимых вариантах. Среди них одним из самых трудных выглядел легкий хиггсовский бозон с массой 100–150 ГэВ и со свойствами, определенным образом отличающимися от свойств стандартного бозона Хиггса — а именно, усиленное взаимодействие с b-кварками и ослабленное взаимодействие с топ-кварками, а также с W- и Z-бозонами. Такие варианты сплошь и рядом встречаются во многих вариантах суперсимметричных теорий.

В этом случае хиггсовский бозон рождался бы нечасто, а распадался бы почти исключительно на b-кварковые пары. Но на LHC такие распады очень трудно отличить от фона. Поэтому хиггсовский бозон тогда долго оставался бы неоткрытым. И на помощь тогда пришел бы очень оригинальный тип процессов под названием «центральное эксклюзивное рождение».

Это процесс, похожий на упругое или на дифракционное рассеяние протонов. В нем два протона пролетают друг мимо друга, не разрушаясь, а лишь слегка отклоняясь за счет обмена глюонами. И вот прямо во время этого обмена может, среди прочего, родиться и хиггсовский бозон. Такой процесс был бы исключительно «чистым» с точки зрения детектора: ведь никаких иных частиц при этом не образуется, а улетевшие вперед протоны можно поймать с помощью форвард-детектора.

К сожалению, расчеты показывают, что для стандартного бозона Хиггса такой процесс имеет очень маленькое сечение, поэтому его трудно будет зарегистрировать на LHC. Однако в описанном выше варианте суперсимметричного хиггса оно будет резко усилено и может даже стать главным каналом его рождения. Поскольку тогда казалось, что вот-вот — и суперсимметрия будет открыта, у многих физиков этот процесс центрального эксклюзивного рождения бозона Хиггса вызывал неподдельный интерес.

И вот прошло несколько лет, завершился первый этап работы LHC. Сейчас уже ясно, что бозон Хиггса похож на стандартный, что суперсимметрия пока не видна (но и вовсе не закрыта), зато по крайней мере сам коллайдер работает отменно. Что сейчас можно сказать о перспективах изучения бозона Хиггса в этом особом процессе?

Этот вопрос был изучен в вышедшей на днях работе arXiv:1309.7772, которая обновляет результаты статьи трехлетней давности arXiv:1012.5007. Общий вывод: ситуация довольно печальная. LHC закрыл практически всю ту область параметров, в которой этот процесс мог бы быть усилен. В тех вариантах минимальной суперсимметричной стандартной модели, которые пока согласуются со всеми данными, этот процесс очень слаб. Увидеть его на приемлемом уровне статистической достоверности можно будет лишь через десяток лет, когда будет накоплено в десятки раз больше статистики, чем сейчас. Но к тому времени и во всех остальных каналах рождения будет сделан огромный прогресс.

Да, конечно, остаются и другие возможные применения для центрального эксклюзивного рождения — например, поиск новых частиц, которые иначе трудно увидеть. Но нужно признать, что в целом энтузиазм физиков по поводу этого процесса уже сильно угас. Если где-то и искать новые частицы, то скорее уж в обычном жестком столкновении протонов и изучении необычных кинематических конфигураций.


27.09.13 | LHC, Ссылки

Google Street View позволяет виртуально погулять по Большому адронному коллайдеру

В проекте Google Street View теперь стал доступен и Большой адронный коллайдер (правда, лишь небольшой его участок), а также огромные подземные залы, в которых размещены его детекторы. Виртуальную прогулку можно совершить на специальной церновской странице Google Street View. Интересно, что в некоторых местах виртуального путешествия по церновскому подземелью можно дополнительно перемещаться вверх-вниз по уровням. Новость об этом проекте появилась на сайте ЦЕРНа и одновременно в блоге Google.


Трения между суперсимметрией и данными LHC не так велики, как считалось ранее

Суперсимметрия — одно из самых любимых физиками расширений Стандартной модели — до сих пор не найдена на Большом адронном коллайдере. Как прямые поиски суперсимметричных частиц, так и косвенные данные LHC позволяют лишь ограничивать или даже закрывать некоторые суперсимметричные модели. В этой ситуации физикам приходится выяснять, какие из суперсимметричных вариантов еще жизнеспособны, а какие — нет. Подробный рассказ об этой проблеме см. в новости Суперсимметрия в свете данных LHC: что делать дальше?.

Одной из главных трудностей для суперсимметричных моделей, особенно их минимальных версий, является масса хиггсовского бозона. Эти модели предсказывают, что масса легчайшего бозона Хиггса должна быть не слишком велика. Нынешнее значение, около 126 ГэВ, находится почти на верхней границе разрешенного диапазона. Но даже если такое значение согласуется со многими моделями, оно приводит к некоторому «напряжению», определенной подстройке параметров при их построении.

В статье, опубликованной на днях в журнале Physical Review Letters (она же е-принт arXiv:1306.2318), приводятся результаты новых теоретических расчетов, которые позволяют сгладить эту трудность. В суперсимметричных теориях на массу бозона Хиггса влияет наличие суперчастиц, но точно сосчитать это влияние нереально. Его можно лишь вычислить с разной степенью приближения (то есть в разных порядках теории возмущений). Новое вычисление, которое было проделано в третьем порядке теории возмущений, показало, что верхняя граница массы ощутимо больше, чем считалось ранее.

Это означает, что согласование суперсимметричных моделей с измеренной массой бозона Хиггса требует не такого большого «напряжения усилий», как считалось ранее. Кроме того, суперчастицы в этих моделях имеют массу около 3–4 ТэВ, то есть они находятся в пределах досягаемости LHC.


Частиц темной материи на LHC по-прежнему не видно

На прошлой неделе в архиве е-принтов появилась статья с новыми результатами коллаборации ATLAS по поиску частиц темной материи. Это, конечно, не первые результаты; и CMS, и ATLAS уже рапортовали об этом поиске, причем в разных вариантах (с адронами, фотонами, лептонами); см., например, PRL110, 011802 и PRL108, 261803. Разница сейчас лишь в том, что обработана впятеро большая статистика.

Поскольку частицы темной материи невидимы для детектора, одного лишь их рождения недостаточно. Нужно вместе с ними породить какую-нибудь обычную частицу с большим поперечным импульсом и тщательно зарегистрировать продукты ее распада. Тогда факт рождения частиц темной материи будет заметен благодаря нестыковке в поперечном импульсе всех зарегистрированных частиц (подробнее об этом методе см. в недавней новости). Однако тут есть фон — процессы, которые выглядят так же, но только вызваны рождением обычных частиц, например Z-бозонов, которые потом распадаются на пару нейтрино. Поэтому поиск частиц темной материи на коллайдере — это не только регистрация дисбаланса в поперечном импульсе, но и доказательство того, что его нельзя списать на известные процессы.

Физики обработали всю статистику детектора ATLAS за 2012 год и отобрали события, в которых рождался W- или Z-бозон с последующим распадом на кварки и наблюдался большой (больше 350 ГэВ) дисбаланс в поперечном импульсе. Таких событий набралось несколько сотен. Сравнение с моделированием показало, что они полностью совпадают с ожидаемым фоном. Таким образом, никакого проявления частиц темной материи не было обнаружено.

Были установлены ограничения сверху на сечение этого процесса: то есть если он и происходит, то не чаще, чем некоторый предел. Для легких частиц темной материи это ограничение оказалось даже более сильным, чем результаты прямых поисков на детекторах темной материи (см. подробности в блоге Томмасо Дориго). Таким образом, эксперименты на LHC стали полноправными участниками гонки за темной материей.


Работа над электрическими контактами идет полным ходом

Как бы странно это ни звучало, но улучшение всей электропроводки на Большом адронном коллайдере является сейчас самым важным шагом к новому его запуску, который намечен на конец 2014 года. Напомним, что проект LHC был изначально рассчитан на энергию протонов 7 ТэВ, однако до сих пор все эксперименты шли на пониженной энергии (сначала 3,5 ТэВ, а затем 4 ТэВ), что кардинально сказалось на научных результатах коллайдера. Причина такой осторожности в том, что сверхпроводящие электромагниты, которые должны были держать ток свыше 11 килоампер и тем самым направлять сильным магнитным полем высокоэнергетические протоны, оказались не готовы к этой задаче. Физики убедились в этом на собственном опыте, когда в 2008 году из-за плохого качества контактов между двумя сверхпроводящими магнитами произошла крупная авария, на год задержавшая работу.

После того как коллайдер вновь заработал в конце 2009 года, стало ясно, что ни о каких 7 ТэВ речи идти не может. Пока LHC работал на половинной энергии, в ЦЕРНе был создан специальный крупный проект SMACC (Superconducting Magnets and Circuits Consolidation) по обновлению и улучшению всех электрических контактов в сверхпроводящих магнитах. Его целью является разработка, тестирование и затем внедрение всех поправок в схему высокоточной электропроводки электромагнитов. Один из ключевых этапов здесь — вскрыть все электрические контакты магнитной системы (а их несколько тысяч) и надежно впаять в них дополнительную шунтирующую медную пластину. В случае нештатной ситуации она будет держать десятикилоамперный ток хотя бы в течение короткого времени и позволит безопасно сбросить его без повреждения магнитов. Только после того, как это будет сделано (и сделано надежно!) на всей 27-километровой протяженности ускорителя, можно будет проводить тесты по повышению энергии протонов.

Объем работ и важность этого проекта для ЦЕРНа трудно переоценить. Сейчас в туннеле коллайдера практически непрерывно и одновременно во всех секторах ведутся работы с электрическими контактами. Главная цель — закончить их к июлю 2014-го, что подразумевает не просто их выполнение, но и проверку качества работ и их переделывание, если качество оказалось недостаточным (уже сейчас переделывать приходится свыше 15% контактов!).

Даже координация работ очень нетривиальна, ведь требуется синхронизовать действия сотни техников, работающих в узком подземном туннеле протяженностью 20 с лишним километров. Такой проект требует и четкого долговременного планирования. Еженедельно в ЦЕРНе проходят по несколько «планерок» для участников этого проекта, а раз в год проводится крупная трехдневная рабочая встреча. Четвертая такая мини-конференция состоялась в июле этого года; желающие могут полистать презентации докладов для того, чтобы получить еще более детальное представление об объеме работ. Вся эта интенсивная деятельность по подготовке коллайдера к работе на 6,5–7 ТэВ идет сейчас в ЦЕРНе без лишней шумихи и будет продолжаться еще как минимум год.


В ЦЕРНе прошли обзорные лекции о работе LHC

На прошлой неделе в ЦЕРНе были прочитаны три образовательных лекции (лекция 1, лекция 2, лекция 3), посвященные техническим аспектам работы Большого адронного коллайдера. Они были предназначены для студентов, аспирантов и всех, кто хочет чуть детальнее познакомиться с тем, как работает коллайдер, как ведут себя пучки в нём, какие в нём предпринимаются меры безопасности. Поскольку лекции были снабжены многочисленными фотографиями и иллюстрациями, их будет интересно полистать даже неспециалистам. На сайте ЦЕРНа доступны как слайды, так и видеозаписи этих лекций.

Через две недели, с 1 по 3 октября, ожидается новая серия лекций про управление коллайдером, которая коснется не только железа, но и специально разработанного для коллайдера программного обеспечения.


Разрабатывается новая система слежения за неустойчивостями пучков на LHC

Безопасная работа на LHC обеспечивается десятками отдельных систем контроля, которые следят как за состоянием самой аппаратуры, так и за поведением протонных пучков, которые циркулируют в коллайдере. Одна из них — это система BPM-датчиков (beam position monitor), которые в реальном времени отслеживают положение пучка вдоль всего ускорительного кольца. Те датчики, которые используются сейчас, представляют из себя полоски-электроды, нанесенные на внутреннюю стенку вакуумной трубы и измеряющие заряд, который пролетающий протонный сгусток наводит на нём своим электрическим полем. Эти датчики, конечно, могут измерить положение протонного сгустка в поперечном сечении вакуумной трубы, но из-за медлительной реакции они не могут показать, что происходит в самом сгустке. А там могут возникать и развиваться разнообразные неустойчивости, которые несут потенциальную опасность и которые тоже хотелось бы отслеживать.

Сейчас в ЦЕРНе разрабатывается новый тип BPM-датчиков, которые смогут справиться с этой задачей. Один из непосредственных участников этой разработки рассказал о ней простыми словами в коллективном блоге Quantum Diaries.

Работают эти датчики совсем на ином принципе, который опирается на электрооптический эффект, то есть на изменение оптических свойств кристалла при приложении к нему электрического поля. Принцип работы, вкратце, следующий. В вакуумной трубе рядом с траекторией пучка расположен кристалл, обладающий двойным лучепреломлением. Через кристалл пропускается лазерный луч и регистрируется фотоприемником. Система поляризаторов на входе и выходе из кристалла настроена так, что в «нормальном» состоянии света на выходе нет, он отсекается поляризаторами. Однако пролетающий мимо протонный сгусток в течение короткого времени воздействует на этот кристалл своим электрическим полем и меняет его оптические характеристики. Как следствие, это влияет на поляризацию лазерного луча на выходе из кристалла, и поляризатор начинает свет частично пропускать. Свет детектируется датчиком, и по этому сигналу определяется положение пролетевшего протонного сгустка.

Самое важное, что все эти эффекты — изменение свойств кристалла, прохождение и регистрация лазерного света — происходят очень быстро, намного быстрее, чем в обычных BPM-датчиках. Поэтому удается не только измерить положение короткого сгустка целиком, но и выяснить его форму — летел ли он прямой «иголочкой» или же изогнутой «змейкой». А значит, можно напрямую видеть те искажения и неустойчивости, которые возникают в сгустке.

Сейчас эта новая система пока доводится до ума. Ожидается, что в 2014 году, перед новым запуском коллайдера, она в тестовом режиме будет установлена если не в самом LHC, то хотя бы в одном из предварительных ускорителей.

В целом же, это небольшой, но симпатичный пример того, как конкретные научные задачи вынуждают специалистов искать новые технические решения и разрабатывать технологии, которые в будущем будут применяться везде, где требуется следить за пучками заряженных частиц. Не исключено, что через десяток лет эти новые датчики станут частью какой-нибудь новой наукоемкой прикладной разработки.


Детектор CMS ищет невидимые распады хиггсовского бозона

Многие модели Новой физики предсказывают существование новых экзотических частиц, которые могут рождаться в столкновении протонов на LHC, но которые невозможно напрямую зарегистрировать. В некоторых теориях на них может даже распадаться хиггсовский бозон. С точки зрения эксперимента, такой распад будет невидимым — ведь следы этого распада не видны. Но этот вовсе не значит, что детектор вообще никак не может отследить наличие таких процессов!

Тут дело вот в чем. В таком процессе с невидимым распадом есть два аспекта, позволяющие отличить его от других явлений. Во-первых, рожденный бозон Хиггса и, следовательно, его продукты распада уносят какой-то поперечный импульс. Это значит, что суммарный поперечный импульс всех остальных частиц (их-то детектор видит!) уже будет сильно отличаться от нуля. Такой «потерянный поперечный импульс» служит меткой того, что в этом событии участвовали какие-то невидимые частицы с высокой энергией. Во-вторых, хиггсовский бозон может рождаться не в одиночку, а в сопровождении других частиц (разные варианты описаны на страничке Рождение и распад хиггсовского бозона). Наличие других частиц с большим поперечным импульсом позволяет отличить возможный невидимый распад бозона Хиггса от фоновых процессов.

Всё это позволяет искать невидимые распады хиггсовского бозона на Большом адронном коллайдере. Если они будут найдены, то это станет самым громким научным открытием коллайдера. Если нет, то на их вероятность может быть установлено ограничение сверху, которое позволяет уточнить модели Новой физики.

Недавно коллаборация CMS, используя всю статистику 2012 года, выполнила такие измерения в двух каналах рождения бозона (см. публикации CMS-PAS-HIG-13-013 и CMS-PAS-HIG-13-018). В обоих случаях данные пока предварительные, но ясно, что указаний на существование невидимых распадов бозона Хиггса не получено. Ограничение сверху на вероятность невидимого распада составляет около 70%. Это число означает, что даже если невидимые распады бозона Хиггса и происходят, то идут они не более, чем в 2–3 раза интенсивнее, чем обычные, видимые распады.


Коллаборация TOTEM опубликовала результаты по дифракционным процессам

Список научных задач коллайдера включает в себя не только «громкие» вопросы, но и более приземленные задачи из физики сильных взаимодействий. Пример того, какие здесь бывают измерения и какие они дают результаты, см. в недавней новости Детектор ALICE изучает тонкие эффекты в рождении адронов. На днях в архиве е-принтов появилась статья с новыми результатами коллаборации TOTEM, касающимися измерений дифракционных процессов на LHC.

Детектор TOTEM — это один из маленьких и очень специфических детекторов, установленных на Большом адронном коллайдере. Он изучает столкновение протонов, которое приводит к едва заметному их отклонению или к рождению частиц под очень маленькими углами к оси столкновения, почти что вперед. Обычные детекторы эти частицы поймать не могут, и именно для их поимки на LHC установлены были так называемые детекторы Roman-pots: TOTEM и некоторые другие установки.

С точки зрения физики, в подобных процессах открывается дополнительная грань физики сильных взаимодействий, которая не видна в жестких столкновениях кварков или глюонов. Эти процессы называются дифракционными, потому что они во многом напоминают дифракцию света, только здесь она происходит не со светом, а с самими протонами или другими частицами. Рассказы о некоторых возникающих тут явлениях можно найти в сообщении «Дифракция в физике элементарных частиц» (рассказ первый, рассказ второй).

Два года назад мы рассказывали про выполненное детектором TOTEM измерение упругого рассеяния протонов — когда протоны не разрушаются, а выживают и лишь чуть-чуть отклоняются на маленькие углы.

Нынешнее измерение касается схожего процесса — в нём сталкивающиеся протоны «слегка задевают» друг друга, разваливаются на наборы из небольшого числа частиц, но эти наборы летят компактными группами почти вперед. Такие события называются «дважды дифракционными», потому что дифракционные эффекты проявляются два раза, в каждом из протонов.

Благодаря рекордным энергиям протонов на LHC, TOTEM смог измерить сечение этого процесса в режиме, недоступном прошлым экспериментам. Оно примерно согласуется с теоретическими ожиданиями; полученные числа лежат между предсказаниями двух программ моделирования. Эти данные позволяют теперь физикам уточнить описание протонов при высоких энергиях и картину того, что с ними происходит при подобных столкновениях.


Появились лекции о состоянии суперсимметрии после трех лет работы LHC

В архиве е-принтов появились подробные лекции о состоянии суперсимметрии после первого этапа работы Большого адронного коллайдера. Напомним, что поиск суперсимметрии — одна из важнейших научных задач коллайдера, к решению которой прикладывает много усилий. К сожалению, пока что все поиски дают только отрицательные результаты; это накладывает сильные ограничения на суперсимметричные модели и несколько обескураживает приверженцев этой теории. Мы не так давно описывали текущее состояние дел в этой науке в новости Суперсимметрия в свете данных LHC: что делать дальше?; выложенные лекции рассказывают о том же, но намного подробнее.


Обновление LHC идет полным ходом

Все компоненты детектора CMS проходят интенсивную программу по ремонту и обновлению

В феврале 2013 года завершился первый трехлетний этап работы Большого адронного коллайдера. В ближайший год предстоит выполнить обширнейшую программу по ремонту и модернизации абсолютно всех систем коллайдера, а затем еще почти год будет потрачен на настройку и тестирование обновленного оборудования. Масштабы ремонтных работ можно оценить на примере детектора CMS, познакомившись с последним выпуском журнала CMS Bulletin, который целиком посвящен этим работам.


Вышла серия заметок о системах безопасности на LHC

В последнем номере журнала CERN Courier вышла подборка заметок по вопросам технической безопасности Большого адронного коллайдера. Работа коллайдера требует большого энергопотребления, и запасается эта энергия как в пучках частиц (сотни мегаджоулей), так и в сверхпроводящих магнитах (десяток гигаджоулей во всех магнитах). Если не предпринимать достаточных мер безопасности, то в случае нештатной ситуации эта энергия может единомоментно выделиться в установке и безвозвратно разрушить аппаратуру.

Работа LHC в 2008 году, собственно, и началась с аварии, вызванной неконтролируемым сбросом энергии некоторых магнитов. Тогда потребовался год на устранение ее последствий. В последние пару лет, когда работа уже шла без каких-либо инцидентов и внимание было приковано к научным результатам, вопросы безопасности отошли в тень. Но для самих физиков, обеспечивающих бесперебойную работу ускорителя, они остаются исключительно важными.

В заметке Machine protection: the key to safe operation обрисована вся совокупность систем, отслеживающих состояние пучков, магнитов и прочей аппаратуры. Эти системы должны вовремя заметить любое подозрительное событие (аномальное энерговыделение в каком-то месте ускорителя, потерю стабильности пучка, отклонение в параметрах аппаратуры) и дать сигнал на безопасный сброс пучка. Статья The collimation system: defence against beam loss описывает коллиматоры на LHC — систему «очистки» пучков от выбившихся частиц. Заметка Safeguarding the superconducting magnets рассказывает о том, как обеспечивается безопасность магнитов и что происходит в случае срыва сверхпроводимости. Тонкости надежной работы многочисленных систем охлаждения описаны в заметке The challenge of keeping cool.


Томмасо Дориго рассказывает о тонкостях критерия «пять сигма»

В научном блоге Томмасо Дориго, физика-экспериментатора, работающего на детекторе CMS и часто рассказывающего об экспериментальной физике элементарных частиц, появилась серия из четырех больших сообщений (1, 2, 3, 4), посвященных пресловутому критерию «пяти сигма». Этот критерий играет большую роль в открытии новых частиц и явлений; именно ориентируясь на него, физики отделяют «настоящее открытие» от «указания на потенциально интересный эффект». Сообщения рассказывают об истории происхождения этого критерия и о подводных камнях в его слишком прямолинейной интерпретации. Интересно, что в качестве одного из примеров выступила история с Wjj-аномалией, недавно обнаруженной на детекторе CDF, а затем благополучно закрытой (причем закрытой не только данными LHC, но и внутренней проверкой CDF).


Коллаборация ALICE отмечает свое двадцатилетие

Хотя новости с Большого адронного коллайдера начали поступать всего несколько лет назад, работающие на нём коллаборации существуют уже давно. Ведь каждая физическая установка требует времени на разработку, создание и отладку, и для современных коллайдерных экспериментов это время растягивается на многие годы. Недавно мы сообщали о двадцатилетии CMS и ATLAS, а сейчас очередь отмечать юбилей ALICE. По этому случаю на сайте коллаборации появилась красочная хронология всей истории детектора, от концепции и до сегодняшних дней.


Наверх  |  следующая >>
 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия