Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
А. Казанцева
Спасти рядового Алекса


Р. Фишман
Золото науки


М. Кумар
«Квант». Глава из книги


Н. Резник
Человекообразные обезьяны постигли теорию разума


Д. Мамонтов
Глаз Солнца


Д. Мамонтов
Межзвёздный полёт Breakthrough Starshot: проект Мильнера и Хокинга


С. Ястребов
«Волшебная пуля» Гая Генри Фаже


В. Мацарский
Математически выверенный способ легально установить диктатуру в США


Г. Горелик
«Кто изобрел современную физику?». Глава из книги


А. Архангельская
Древний Новгород становится ближе. Лекция академика А. А. Зализняка о берестяных грамотах — 2016







Главная / Новости науки версия для печати

ATLAS измерил полное сечение протонных столкновений


Рис. 1. Полное сечение и сечение упругого рассеяния протонов при разных энергиях столкновений

Рис. 1. Полное сечение (верхние данные) и сечение упругого рассеяния протонов (нижние данные) при разных энергиях столкновений. Красным цветом показано измерение ATLAS, черным квадратиком — недавний результат TOTEM, закрашенными символами — результаты других коллайдерных экспериментов, пустыми символами — данные, полученные из космических лучей. Кривые показывают наилучшую теоретическую аппроксимацию данных. Изображение из обсуждаемой статьи

В недавнем препринте Measurement of the total cross section from elastic scattering in pp collisions at √s=7 TeV with the ATLAS detector коллаборация ATLAS сообщает о результатах измерения полного сечения протонных столкновений при энергии 7 ТэВ. По определению, эта величина описывает вероятность того, что с протонами при столкновении произойдет хоть что-то (а точнее, хоть что-то за счет сильного взаимодействия). Это, фактически, сумма по всем сечениям конкретных адронных процессов. Эта величина играет важную роль в понимании того, что представляют из себя протоны при высоких энергиях и как они сталкиваются. Поскольку настоящему теоретическому расчету полное сечение протонов при больших энергиях пока не поддается, его приходится моделировать на основе тех или иных предположений. Более того, сейчас существует несколько конкурирующих теоретических моделей этого процесса. Его «визитной карточкой» и одновременно одним из главных предметов споров является тот факт, что это сечение очень необычно медленно растет с увеличением энергии (рис. 1), поэтому точное измерение роста позволит лучше разобраться с этими моделями.

Описанное в статье измерение — особого типа, оно не похоже на подавляющее большинство измерений, выполняемых на коллайдере. Поэтому будет полезно хотя бы кратко упомянуть ключевые особенности такого типа измерений.

Во-первых, полное сечение протон-протонного взаимодействия настолько велико по меркам микромира, что для его измерения нужна маленькая светимость — иначе детектор захлебнется в данных. Опубликованный результат был получен на светимости 80 μb–1, что составляет лишь миллиардные доли полной светимости LHC. Но даже при такой низкой светимости были набраны миллионы событий, что позволило сильно уменьшить статистическую погрешность.

Во-вторых, измеряется этот процесс не напрямую, через суммирование всех возможных вариантов столкновений, а с помощью глубокой связи между полным сечением и упругим рассеянием в направлении строго вперед (формула, выражающая эту связь, называется оптической теоремой). Это рассеяние тоже недоступно прямому наблюдению: ведь если протоны после столкновения летят строго вперед, то они для детектора никак не отличимы от протонов, которые просто пролетели друг мимо друга без взаимодействия. Поэтому выполняется это измерение так: изучается упругое рассеяние на очень малые, но ненулевые углы, вплоть до нескольких угловых секунд, а затем данные экстраполируются к нулевому углу (рис. 2). Эта экстраполяция вносит дополнительную погрешность, но она невелика.

Рис. 2. Сечение упругого рассеяния протонов при очень малых углах по данным ATLAS

Рис. 2. Сечение упругого рассеяния протонов при очень малых углах по данным ATLAS. Данные получены в области поперечных импульсов от 0,1 ГэВ и выше (по горизонтальной оси показан квадрат этой величины). Экстраполяция этой зависимости к нулевому поперечному импульсу позволяет определить полное сечение рассеяния. Изображение из обсуждаемой статьи

В-третьих, поскольку требуется изучать рассеяние на очень малые углы, исходные пучки должны сталкиваться в режиме сверхмалого углового расхождения. При обычной работе коллайдера это условие не выполняется. Поэтому проводится такое измерение во время коротких сеансов с расфокусированными пучками. Описанные в статье данные были набраны во время одного такого сеанса в 2011 году. Поскольку обычные детекторы не способны регистрировать протоны, рассеянные на столь малые углы, для их улавливания используются специальные детекторные станции, построенные по технологии детекторов Roman Pots. Применение этих детекторов на LHC было разобрано в нашей задаче Форвард-детектор на LHC. На Большом адронном коллайдере установлено несколько таких детекторов; в данной работе использовалась станция ALFA, относящаяся к детектору ATLAS.

По результатами этого измерения полное сечение протон-протонного рассеяния оказалось равным σtot(pp) = 95,35 ± 1,30 mb. Были также измерены упругое и неупругое сечения и некоторые другие параметры процесса. До сих пор существовало только одно измерение этой величины при энергии 7 ТэВ, полученное в 2011 году коллаборацией TOTEM; оно тогда дало 98,6 ± 2,2 mb. Нынешний результат ATLAS — чуть ниже, но различие между двумя измерениями не слишком велико, см. рис. 1. И оба этих результата на порядок точнее, чем то, что было известно физикам до эпохи LHC из анализа космических лучей. Вкупе с будущими измерениями полного сечения при энергии 13–14 ТэВ, эти измерения позволят еще лучше разобраться в том, какая из моделей устройства протонов при высоких энергиях более адекватно описывает реальность.


Комментарии (7)



Последние новости: Детектор ATLASПрочие эксперименты на LHCСвойства адронов

17.08
Спектроскопия мюонного дейтерия обострила проблему с радиусом протона
23.03
Загадочный двухфотонный пик проступает всё сильнее
15.12
Обнародованы первые результаты LHC Run 2
31.07
LHCb измерил новый распад прелестного бариона, но не смог решить давнюю загадку
15.07
Открыт адрон нового типа — пентакварк со скрытым очарованием
15.04
Эксперимент LHCb окончательно доказал реальность экзотического мезона Z(4430)
19.12
Новые данные ATLAS по хиггсовскому бозону: интрига сохраняется
24.07
Представлены первые серьезные данные LHC по поиску бозона Хиггса
22.09
Детектор CMS обнаружил необычные корреляции частиц
31.05
Детектор CMS зарегистрировал квантовые корреляции пи-мезонов

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2017 I  2016 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Индикатор», «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия