Физики обсуждают двухфотонный пик в контексте будущего линейного коллайдера
Двухфотонный пик при массе 750 ГэВ — самая горячая тема в физике частиц в последние полгода. В 2015 году коллайдер подарил ученым большую надежду на долгожданное открытие Новой физики, и сейчас все с нетерпением ждут новых результатов LHC.
В ситуации, когда выводы могут кардинально поменяться через две недели, может показаться несколько преждевременным обсуждать научную программу по изучению двухфотонного пика на будущем линейном электрон-позитронном коллайдере — ведь если он и будет построен, то только через 10–15 лет. Но авторы появившейся на днях обзорной публикации Implications of the 750 GeV gamma-gamma Resonance as a Case Study for the International Linear Collider так не считают. Вне зависимости от того, подтвердится отклонение или нет, они предлагают рассмотреть двухфотонный пик как тестовый полигон для обкатки научной программы будущего коллайдера.
Дело в том, электрон-позитронный коллайдер сможет намного аккуратнее измерить то, что на LHC проступит лишь в общих чертах. Стратегия изучения должна быть детально разработана и должна опираться и на конструкционные особенности детекторов, и на результаты моделирования. Если раньше физики прорабатывали эти аспекты вслепую в рамках тех или иных тестовых предположений, то теперь LHC дал прекрасный тренировочный шанс — разработать всё в мельчайших деталях на примере обнаружившегося двухфотонного отклонения. Какие именно процессы будут самые интересные, на какие вопросы они будут отвечать, как разные процессы будут дополнять друг друга, на какую точность измерений следует рассчитывать — и всё это желательно изучить для самого широкого набора теоретически возможных интерпретаций.
В случае, если обнаруженный пик реален, конечной целью такого упражнения должен стать вывод, какой из рассматриваемых сейчас вариантов следующего крупнейшего ускорителя больше всего подходит для этой задачи.
Ага, хотят в будущем улучшить до 1 ТэВ. Это все же 1+1, то есть по 1 ТэВ у каждого электрона?
И совсем странный вопрос. Собственно фотоны ловились с энергией, которая куда больше массы покоя ядра материала детектора. Там ядра совсем разваливаются при столкновениях? И как это влияет на работу детектора?
-
1. излучения (синхротронного) не будет вовсе - там же по прямой летят частицы
2. как я понимаю, на каждый пучок нужно будет по 325 ГэВ (т.е. 750/2 ГэВ), другой вопрос - какой длины будет такой ускоритель (вроде разговоры в свое время шли на 30км, но это для рождения Хиггса, а тут надо будет увеличивать до 50-100км)-
А при линейном УСКОРЕНИИ (да еще каком! - в сравнении с постепенным наращиванием скорости по кольцу) разве частица не излучает?
-
Нет, не излучает. Она "поглощает" энергию поля, ускоряясь, т.е, увеличивая свою энергию, если так "топорно" можно выразиться. СИ возникает, как раз при торможении частиц - это и есть часть энергетических потерь.
Мне больше интересно, что будут делать с "нестолкнувшимися" частицами в детекторе, т.е, пролетевшими далее. Рекуперировать энергию?
-
-
Нет, 1 ТэВ — это обычно суммарная энергия.
Фотоны высоких энергий, влетая в детектор, сталкиваются не с ядрами, а с электронами. Они порождают электрон-позитронные пары, те — испускают фотоны, и так далее. Возникает и разрастается электромагнитный ливень, который развивается на десятках сантиметрах толщи и полностью поглощается электромагнитным калориметром (почитайте странички про устройство детекторов и технику регистрации частиц). Это все потом в сцинтилляторе превращается во вспышку света, которую ловит ФЭУ и оцифровывает сигнал. Но отклику ФЭУ и калибровочными кривым можно сосчитать энергию исходного фотона.
-
А объяснения в том, что протоны состоят из тысяч частиц, а электроны - элементарны, не подойдет? А там уж на энергии 750 ГэВ узнаем, может что-то сделает электрон не элементарным.
Хотя не помешало бы разогнать электрон-позитронные коллайдеры до возможности рождения бозона Хигса.-
Вроде вокруг электрона тоже образуются виртуальные частицы (партоны)? Или я ошибаюсь?
Другое дело, что вокруг не образуется виртуальных кварков и глюонов, т.к. отстутствует сильное взаимодействие.-
Партоны - это не обязательно виртуальные частицы, есть и по 3 более реальных кварка. Тут это общее название кварков и глюонов, которые при таких энергиях уже сталкиваются как отдельные частицы.
Эксперименты по взаимодействию с виртуальными фотонами на БАКе тоже проходили. То есть скажем тут разгон до gamma~6.925*10^6 и при этом виртуальный фотон должен получать в системе центра масс 2 протонов вполне реальную энергию.-
Не знаю, насколько корректно я применил термин "партоны" к сталкивающимся на больших энергиях элекронам, но думаю по аналогии виртуальные: лептоны; W/Z бозоны; фотоны могут так же сталкиваться как отдельные частицы.
-
Если энергия будет от 200 ГэВ, то может где-то и будут возникать виртуальные W/Z-бозоны. Так что коллайдера на 500 ГэВ наверное должно хватить. Может будут рождаться 2-3 Z-бозона за одно столкновение.
P.S. Я действительно забыл изучить, как проявляют себя эти бозоны при слабом взаимодействии частиц с куда меньшими энергиями. Являются они возбуждением "слабого поля", как бозоны Хигса?
Вот из Вика нашел:
"сечение взаимодействия с нуклоном нейтрино с энергией 100 ГэВ на шесть порядков больше, чем у нейтрино с энергией около 1 МэВ." -
Да, виртуальные фотоны, конечно, сопровождают электрон, только обычно они называются «эквивалентные фотоны» или «квазиреальные фотоны». Есть метод расчета электрон-адронных столкновений, напоминающий как раз метод партонных плотностей: вы сначала считаете, сколько эквавалентных фотонов с нужной кинематикой летит рядом с электронов, а потом сворачиваете его с сечением фотон-адрон столкновения. Он называется метод эквивалентных фотонов или метод Вайцзекера-Вильямса.
Вот тут https://www.youtube.com/playlist?list=PLPFUq1zn8x377bzxFgMHISEcGFNcL_CkE
Валерий Георгиевич Сербо, один из людей, разработавших такие вычисления, читает свой авторский курс лекций по двухфотонной физике.
Эквивалентные W и Z-бозоны тоже, в принципе, есть, только их плотность очень маленькая. Но при очень высоких энергиях столкновений формализм можно применять и к ним.
-
-
-
-
Затем, нет огромного фона от адронов. Каждый адрон, родившийся в жестком e+e- столкновении, полезен. Поэтому те процессы, которые раньше тонули в фоне (скажем рождение хиггса и его распад в b-анти-b), сейчас хорошо измеряем.
Есть также сильное улучшение точности в тех величинах, которые можно измерять и на LHC, и на ILC. С тем же хиггсом, константы связи с частицами на LHC измеряются с точностью в десяток процентов сейчас, в несколько процентов в будущем, а на ILC будет доли процента.
Новости науки: физика
