Распределение двухфотонных событий по инвариантной массе

Рис. 1. Распределение двухфотонных событий, накопленных детектором ATLAS в 2015 году, по инвариантной массе двух фотонов. Всплеск при 750 ГэВ, который видят обе коллаборации, — самый любопытный пока результат сеанса LHC Run 2. Внизу показано отклонение данных от наилучшего описания фона. Изображение с сайта atlas.web.cern.ch

15 декабря в ЦЕРНе прошел традиционный предновогодний семинар, на котором была представлена первая порция серьезных результатов нового сеанса работы Большого адронного коллайдера. Две крупнейших коллаборации, CMS и ATLAS, рассказали в своих презентациях о самых интересных из полученных результатов. Одновременно с этим ATLAS обнародовал весь цикл предварительных результатов, приготовленных для сегодняшнего семинара. Аналогичные результаты CMS тоже выложены на странице их публикаций.

Напомним, что в 2015 году Большой адронный коллайдер, отремонтированный и обновленный, приступил к новому сеансу работы — LHC Run 2. Интенсивность пучков в течение года поднималась плавно, поэтому накопленная за этот год интегральная светимость всё еще в несколько раз меньше, чем полная светимость первого сеанса работы (Run 1, 2010–2012 годы). Кроме того, в случае CMS полноценному набору данных в первые недели помешала техническая трудность с системой охлаждения магнита. Из-за этого полезная статистика CMS сейчас несколько меньше, чем у ATLAS.

Тем не менее столкновения происходили на повышенной энергии — 13 ТэВ вместо 8 ТэВ во время сеанса Run 1, — и благодаря этому резко возросла вероятность самых жестких и потому самых интересных столкновений. Ориентировочно, область масс порядка 1–2 ТэВ — это та граница, за которой только что набранные данные уже становятся более прозорливыми, чем вся статистика Run 1. А поскольку по результатам Run 1 обнаружилось немало любопытных отклонений от Стандартной модели, в том числе и в очень жестких столкновениях, физики с большим интересом ожидали новостей Run 2.

Переоткрытие Стандартной модели

Презентации обеих групп шли по примерно одинаковому сценарию. После кратких рассказов про детектор и его обновленные компоненты были представлены вначале результаты по самым простым процессам (например, инклюзивному рождению разных частиц или их пар). Здесь каких-то сюрпризов не ожидалось, но эти измерения необходимы для проверки того, что и сам детектор, и методы анализа данных работают исправно и воспроизводят то, что физики видели раньше.

Следом было кратко рассказано про ситуацию с «переоткрытием» бозона Хиггса. Опять же, такое переоткрытие — это простая проверка того, что обновленные детекторы правильно восстанавливают то, что физики уже твердо установили и раньше. Здесь обе группы были вынуждены сказать, что статистики Run 2 пока не хватает для надежной регистрации хиггсовского сигнала. Коллаборация CMS вообще воздержалась от каких-либо хиггсовских результатов, сказав, что данные еще обрабатываются и находятся в «замаскированном» состоянии (см. подробности про слепой анализ в физике частиц). ATLAS показал кое-какие слабые намеки на хиггсовский бозон и даже выдал новый загадочный результат: сечение рождения хиггсовского бозона почему-то оказалось заметно ниже ожидаемого. Впрочем, когда количество событий очень мало, вполне случаются и «флуктуации вниз» — это всё находится в рамках нормального процесса набора данных.

Рис. 2. Двухструйное событие с инвариантной массой 6,9 ТэВ, зафиксированное на детекторе ATLAS

Рис. 2. Двухструйное событие с инвариантной массой 6,9 ТэВ, зафиксированное на детекторе ATLAS. Слайд из доклада представителя коллаборации ATLAS

Загадки LHC. Поиск суперсимметрии

Поиски суперсимметрии

Заметная часть обоих рассказов была посвящена поиску суперсимметрии. Была проведена обширная программа по поиску глюино и скварков, но, к сожалению, ничего существенно отличающегося от Стандартной модели найдено не было.

Обе группы также отчитались о проверке двух любопытных отклонений (см. Поиск суперсимметрии на ATLAS и Поиск суперсимметрии на CMS), которые видели и ATLAS, и CMS, но которые не состыковывались друг с другом. Выводы у двух групп сейчас оказались разными. ATLAS подтверждает свое отклонение, правда с меньшей статистической значимостью: 2,2σ вместо 3σ ранее. Какая статистическая значимость получится при объединении старых и новых результатов ATLAS, не сообщается, но, так или иначе, эта аномалия пока остается. А вот CMS не смог подтвердить ни свою старую аномалию, ни результат ATLAS. Поэтому здесь, видимо, предстоит скрупулезный анализ причин разногласия двух детекторов.

Загадки LHC. WZ-пик при 2 ТэВ

Судьба пиков при 2 ТэВ

Большой интерес у физиков вызвали в последний год загадочные «пики» на графике сечения рождения двух бозонов в области инвариантной массы 2 ТэВ. ATLAS видел резонанс в WZ-канале рождения с чисто адронным распадом, CMS видел превышение над Стандартной моделью в WH-канале. Предварительные результаты Run 2 у обеих групп не выявили ничего выдающегося. Впрочем, поскольку этот анализ достаточно сложный, докладчики аккуратно сказали, что потребуется еще несколько месяцев на его завершение.

Загадки LHC. Двухфотонный всплеск при 750 ГэВ

Намек на новый двухфотонный резонанс

И наконец, финальным аккордом стал рассказ об изучении двухфотонных событий. Напомним, что в 2011–2012 годах именно в двухфотонном канале распада хиггсовский бозон стал проступать наиболее сильно. Поскольку многие физики надеются на то, что в нашем мире реализуется сложный хиггсовский механизм, вполне естественно искать в двухфотонных распределениях и новые пики, новые отклонения от плавной зависимости по инвариантной массе — то есть новые хиггсовские бозоны.

И действительно, обе группы сообщили о намеках на существование нового резонанса с массой в районе 750 ГэВ, распадающегося на два фотона. В случае ATLAS этот пик вполне виден глазом (см. рис. 1), и его локальная статистическая значимость достигает 3,6σ. Однако при учете эффекта множественной выборки глобальная статистическая значимость проседает до 1,9σ. Это означает, что вероятность найти в случайных данных такой или более сильный всплеск хоть где-то в большой области инвариантных масс составляет около 5%.

Это само по себе не вызывало бы особого энтузиазма, если бы CMS ничего на этом месте не увидел. Но CMS тоже видит всплеск ровно там же, при 760 ГэВ. Из-за меньшей выборки данных статистическая значимость тут пониже: локальная 2,6σ и глобальная 1,2σ. Однако когда у нас есть два независимых детектора с двумя сигналами, которые четко попали друг на друга, эффект множественной выборки надо применять однократно сразу к суммарным данным. Этих объединенных чисел, разумеется, пока не было представлено, но оценка на глаз дает глобальную статистическую значимость около 3σ.

Рис. 3. Двухфотонное событие с инвариантной массой 745 ТэВ, зафиксированное на детекторе CMS

Рис. 3. Двухфотонное событие с инвариантной массой 745 ГэВ, зафиксированное на детекторе CMS. Слайд из доклада представителя коллаборации CMS

Отвечая на вопросы из зала, оба докладчика отметили, что эти пики не вступают в сильное противоречие с результатами Run 1. Любопытно, что это значение массы находится вблизи той границы, до которой обе коллаборации проверяли резонансы в данных Run 1. Однако предстоит провести тщательный анализ, чтобы узнать статистическую значимость отклонений при сложении и новых, и старых данных.

Таким образом, список загадок коллайдера пополняется новым, достаточно любопытным и очень желанным для физиков пунктом — двухфотонным всплеском при 750 ГэВ. Окончательных данных еще нет, но можно не сомневаться, что уже через неделю в архиве препринтов начнут появляться статьи теоретиков, объясняющих этот всплеск с разных точек зрения. Уж слишком соблазнительно вписывается этот сигнал в разнообразные теории.

В целом оба докладчика подчеркивали, что представленные в этих коротких сообщениях данные — это только вершина айсберга. В ближайшие месяцы будут завершены и станут полноценными статьями десятки анализов. А пока что следующая опорная дата — это середина марта, когда пройдет одна из ключевых конференций Moriond 2016, для которой, по традиции, экспериментаторы готовят новую подборку данных.

См. также:
Теоретики бросились объяснять новый двухфотонный пик на LHC.

Игорь Иванов


19
Показать комментарии (19)
Свернуть комментарии (19)

  • petrenko  | 16.12.2015 | 12:31 Ответить
    Спасибо за обзор! Интересно, на Ваш взгляд, если данный пик на 750 ГэВ подтвердится, не изменит ли это перспективы дальнейшего развития коллайдеров? Напр. станет ли проект линейного коллайдера CLIC (> 500 ГэВ) гораздо интереснее ILC (< 500 ГэВ, сверхпроводящий)?
    Ответить
    • Игорь Иванов > petrenko | 16.12.2015 | 15:02 Ответить
      ILC-CLIC в каком-то смысле объединились. Если действительно подтвердится пик, то это будет сильный аргумент в пользу линейного коллайдера на 1 ТэВ.
      Ответить
      • petrenko > Игорь Иванов | 16.12.2015 | 16:33 Ответить
        Ну тогда про сверхпроводящий ilc похоже можно забыть, он вроде до 750 ГэВ (в центре масс) не доходил ни при каких раскладах.
        Ответить
        • PavelS > petrenko | 16.12.2015 | 19:22 Ответить
          Пардон если жуткий дилентантизм, но ЕМНИП диаграммы можно смотреть с любого угла. Т.е. если оно неохотно распадается на фермионы, о чем предполагалось ниже, то и при столкновении фермионов частицу уже получить более чем сложно. Ну типа того что для Хиггса было бы идеально создать хоть слабенький, но таки мюонный коллайдер. Иначе если и получаем что-то в виде целевого продукта, то что-то другое получаем ещё много раз чаще. Верно ли я понимаю, что если оно окажется так, то это будет весомый аргумент за фотонный коллайдер в противовес LHC-HE, и можно будет сказать что к линейным коллайдерам снова возвращается фокус внимания разработчиков коллайдеров?
          Ответить
          • tetrapack > PavelS | 16.12.2015 | 20:29 Ответить
            сталкиваются ведь не протоны, а партонные плотности в них - глюоны и кварки с антикварками. При столкновении глюонов вполне может родиться и частица с описанными вами характеристиками.
            Ответить
            • PavelS > tetrapack | 16.12.2015 | 22:10 Ответить
              Всё, понял, спасибо за поправочку.
              Ответить
        • Игорь Иванов > petrenko | 19.12.2015 | 21:05 Ответить
          Почему? Там начальный ориентир 500 ГэВ в сци, upgradable до 1 ТэВ. Это стандартный план ILC.
          Ответить
          • petrenko > Игорь Иванов | 19.12.2015 | 21:37 Ответить
            Я по старому (2007 г.) design report'у помнил, что ILC до 500 ГэВ планировался. Сейчас, действительно, уже до 1 TeV'а есть планы: http://arxiv.org/abs/1306.6328 Но сверхпроводящий ускоритель такой длины, думаю, окажется очень уж дорогим.
            Ответить
  • Икарыч  | 16.12.2015 | 14:13 Ответить
    Когда открывали Хиггс, он "проклевывался" в нескольких каналах распада более-менее сопоставимым образом. Здесь на 750 ГэВ в распаде на лептоны ничего не видать? Только и исключительно в гамма?
    Ответить
    • Игорь Иванов > Икарыч | 16.12.2015 | 15:01 Ответить
      Здесь в гамма и скорее всего в глюонах (он должен как-то рождаться). Есть ли какие-то еще частицы в продуктах распада, неизвестно. Само по себе это не страшно — если это не скаляр, а псевдоскаляр, то он не может распадаться на WW и ZZ в древесном приближении, распад может идти только за счет петлевых диаграмм. Он также может быть фермиофобным, т.е. не цепляться к фермионам. Все это — не экзотика, а вполне рядовые свойства частиц в рамках разных теорий.
      Ответить
  • GaribalDI  | 16.12.2015 | 19:09 Ответить
    Так всё-таки, что там с первым бозоном Хиггса, исчез, ищут куда потерялся?
    Ответить
    • Игорь Иванов > GaribalDI | 16.12.2015 | 19:11 Ответить
      Все слайды открыты, читайте, изучайте.
      Ответить
      • GaribalDI > Игорь Иванов | 16.12.2015 | 19:28 Ответить
        А я обыватель, не хочу, не могу, нет времени, и не должен разбираться в графиках. Однако физика меня интересует, и расходование общественных денег на науку тоже. Поэтому я и обращаюсь к специально обученному человеку, выразившему здесь готовность отвечать на подобные вопросы, с просьбой дать свой квалифицированный комментарий. По существу что-то скажете?
        Ответить
        • 3g430 > GaribalDI | 16.12.2015 | 21:48 Ответить
          Удивляет меня ваш капризно-требовательный тон, г-н обыватель. Конечно, вы не обязаны разбираться в графиках. Так же, как и И.Иванов - отвечать на ваши вопросы. Восхощет - ответит, пока хочет, может и имеет время. Спасибо ему.
          Ответить
          • Kyu > 3g430 | 18.12.2015 | 09:10 Ответить
            Обыватель не требует ответов, он просто спрашивает, но критики запрещают ему задавать вопросы. Это настораживает.
            Ответить
            • Игорь Иванов > Kyu | 19.12.2015 | 21:09 Ответить
              Это не вопрос, а троллинг из серии «перестали ли вы пить коньяк по утрам». Ваш коммент, разумеется, тоже троллинг. При дальнейшем развитии темы ветка будет удалена.
              Ответить
        • Builder > GaribalDI | 16.12.2015 | 21:57 Ответить
          В статье всё написано, перечитайте.
          Анекдот такой есть, кто-то там писатель, а не читатель.
          Ответить
  • r2d2  | 17.12.2015 | 00:47 Ответить
    про закрытие Хиггса это несерьезно, уж в слишком многих каналах его видели... и статистика по нему была большая... на обоих детекторах... и даже теватрон его уже потом разглядел постфактум

    есть конечно вариант, что такие открытия вообще все ложные, потому что товарищи учоные переоценивают свои способности по управлению сверхсложными системами... не справляются
    Ответить
    • a_b > r2d2 | 17.12.2015 | 08:43 Ответить
      Ложные с какого места? С камеры Вильсона?
      Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»