Содержание
Замер в ожидании. Большой адронный коллайдер готовят к новым исследованиям. — Поиск
Международное сотрудничествоВыпуск №14 (2013 04)
В ЦЕРН царит необычная атмосфера. Группы экскурсантов на специальных автобусах активно перемещаются по территории Европейского центра ядерных исследований. На самом деле, интересует общественность не столько наземная территория, сколько знаменитый 27-километровый туннель, по которому проносятся пучки протонов, и не менее знаменитые детекторы CMS и ATLAS, где происходят столкновения частиц. А как же иначе – надо ловить момент, ведь в святая святых Большого адронного коллайдера можно попасть только сейчас, пока ускоритель остановлен для серьезного апгрейда.
Длительная остановка LHC в 2013 году была запланирована заблаговременно. И на совещании коллаборации CMS в начале 2011 года, и в ходе алуштинской встречи летом 2012-го об этом говорили как о само собой разумеющемся мероприятии.
В соответствии с долговременным и многоэтапным планом апгрейда Большого адронного коллайдера нынешний первый длительный перерыв в его работе, или Long Shut Down (LS1), продлится до конца 2014 года. А необходим он для того, чтобы провести обновление ускорителя и подготовить его для достижения проектной энергии в 14 ТэВ, а также больших значений светимости – примерно 1034 см–2•с–1. Еще одно звено, нуждающееся в обновлении, – сам детектор, разработанный 20 лет назад и основанный на технологиях того времени. Любая техника, в том числе электроника, устаревает, к тому же на качестве ее работы сказывается негативное влияние радиации, особенно в зонах, расположенных вблизи столкновений пучков.
Что сегодня происходит в ЦЕРН? Рассказать об этом мы попросили наших давних друзей – ученых из коллаборации CMS.
– Сейчас мы выполняем ряд работ, которые прежде всего позволят поднять суммарную энергию пучков до 14 ТэВ (до остановки она составляла 8 ТэВ). Эти мероприятия должны полностью завершиться к сентябрю 2014 года.
Наш детектор состоит из 11 крупных частей, для начала их предстоит “раздвинуть”, чтобы обеспечить доступ к внутренним узлам установки, – говорит Александр Куренков, один из тех специалистов, кто досконально знает всю “начинку” CMS.
– Будете поднимать эти узлы на поверхность? – поинтересовалась я.
– Нет, это не предусмотрено, к тому же кран, который мог бы выполнить эти операции, давно демонтирован.
Команда Александра Куренкова, или “Сашина команда”, как называют ее в ЦЕРН, это несколько человек, которые занимаются технической поддержкой нынешнего этапа апгрейда, помогают в ремонте всех систем на CMS. Их ближайшая задача – прокладка низковольтных и оптических кабелей, демонтаж старых и установка новых узлов детектора. Все это вызвано необходимостью смены устаревшей электроники, ремонта 72 “замурованных” в детекторе мюонных камер, за работу которых отвечает группа РДМС (в ее составе – ученые из институтов России и стран-участниц ОИЯИ). Еще один вид работ – замена существующих фотодетекторов на современные кремниевые фотоумножители, изобретенные когда-то в России.
Затем нужно будет оттестировать всю вновь установленную аппаратуру.
Рассказ о сегодняшних событиях в ЦЕРН продолжает советник споксмена коллаборации CMS Игорь Голутвин:
– Мюонная система очень нуждается в апгрейде. Она должна “видеть” всю картину столкновений частиц, за исключением очень малого конуса, “прижатого” к ускорителю. То есть чем ближе к ускорителю, тем труднее становится задача регистрации мюонов – здесь большие фоновые и радиационные помехи. Но эта область является крайне важной для физики. Сейчас мы делаем попытку насколько возможно приблизить мюонную систему к ускорителю, к пучкам и сделать конусы максимально узкими. Это очень непростая задача, которая требует определенной переделки мюонных камер, изготовленных в Дубне. Все 72 камеры надо будет извлечь, переоборудовать, потом поставить назад. Для выполнения этой работы потребуются десятки специалистов очень высокого класса. В частности, ее можно доверить таким людям, как Александр Куренков, Юрий Ершов – они настоящие спецы своего дела.
Есть на CMS и другие “герои дня”, которые приехали из институтов России. Это физики Виктор Перелыгин и Павел Бунин. Первый – эксперт мюонного детектора, он принимает решения по всем вопросам, касающимся его работы и апгрейда. Второй – “блуждающий форвард” адронного калориметра, к его мнению прислушиваются все, кто связан с функционированием этой системы.
А что же сам ускоритель? Какие работы проводятся в его 27-километровом туннеле? Об этом мы попросили рассказать заместителя споксмена эксперимента CMS Тициано Кампорези.
– Прежде всего, необходимо укрепить сверхпроводящие контакты магнитов, чтобы можно было увеличить ток, а значит, и магнитное поле, – говорит ученый. – В машине их свыше 1200 штук, и все они соединены между собой электрическими кабелями. Недостаточно корректная спайка как раз и вызвала аварию 2008 года, из-за которой мы впоследствии не рискнули выходить на проектные значения тока. Сейчас мы принимаем меры для усиления мест соединения, дополнительно фиксируем их специальными “накладками”.
Но у нас есть масса и другой работы. Например, нам придется извлечь электронику, которая находилась в зоне радиации. Как вы знаете, общее количество данных зависит и от того, насколько стабильна машина, и от эффективности столкновений, и от размера пучка. Чем он уже, тем ярче результат. Сегодняшний дизайн Большого адронного коллайдера позволяет достичь размера пучка 3,75 микрометра, но специалисты инжекторного отделения утверждают, что могут уменьшить параметр сжатия в три раза.
Это означает, что по сравнению с первоначальным дизайном машины уже в 2015 году физики будут готовы достичь двукратного увеличения светимости до 2•1034 см–2•с–1, а значит – двукратного увеличения числа взаимодействий частиц в местах столкновений. Хотя первоначально предполагалось, что это удастся только после второй длительной остановки – LS2 – в 2017 году. В данный момент идет проверка “на прочность” экспериментов, которые были спроектированы на номинальную светимость.
Таким образом, в 2015 году, после окончания нынешнего этапа апгрейда, начнется очень интересный период.
Физики смогут получать данные при гораздо больших энергиях и светимости. При этом возникнет еще одна задача – их правильной интерпретации.
– Вероятно, это будет время новых открытий и сюрпризов. Каких? – с этим вопросом обращаюсь к Игорю Голутвину.
– Мы время от времени задаем друг другу похожие вопросы, – делится Игорь Анатольевич. – А если по существу, то в ближайшие два года после нынешнего апгрейда мы будем в основном заниматься изучением свойств бозона Хиггса. Сейчас уже ясно, что он открыт, но мы не знаем, какой это бозон – принадлежит ли он Стандартной модели или находится за ее пределами. В этом есть глубокий смысл. Согласно СМ, бозон Хиггса – неделимая бесструктурная частица, придающая массу остальным частицам. Если бозон Хиггса отвечает всем свойствам Стандартной модели, то это означает, что все частицы СМ открыты и она прекрасно работает. Однако мы догадываемся, что теория эта – неполная. В частности, она не учитывает гравитацию. Значит, что-то есть за ее пределами.
Если же в процессе работы мы покажем, что бозон Хиггса не принадлежит Стандартной модели, это может означать, что мы имеем дело с частицей следующего поколения, которая сможет подтвердить существование суперсимметрии. Мое личное мнение такое: сегодня изучение распадов бозона Хиггса – магистральный путь к обнаружению суперсимметрии. Поэтому в первый период работ на LHC после завершения апгрейда и перехода на большую энергию мы будем изучать свойства бозона. Кроме этого, могут забрезжить и новые горизонты – например, обнаружение новых частиц.
Согласен с российским коллегой и лауреат премии Fundamental Physics Prize Джим Верди, руководитель эксперимента CMS в 2008-2009 годах:
– Мы были первопроходцами и поначалу не знали, какой получим результат, так как ничего подобного LHC в распоряжении физиков прежде не существовало. Конструкция эксперимента в значительной степени определялась физической задачей, и открытие бозона Хиггса было главной целью строительства детектора.
Однако теперь мы видим, что новые задачи могут оказаться не менее интересными. Надеюсь, обновленной машине они окажутся по силам.
Снимки сделаны во время экскурсии на эксперимент ATLAS.
Светлана Беляева.
Фото автора и Андрея Линде
Увидеть, услышать, узнать Вселенную
: 20 Дек 2016 , Грани НАУКИ будущего , том 71/72,
№5/6
В последние десятилетия исследования в физике элементарных частиц ознаменовались триумфом так называемой Стандартной модели – объединенной теории электромагнитного и слабого взаимодействий, которая выдержала многочисленные и с годами все более точные экспериментальные проверки. Недавнее открытие бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе стало очередной яркой демонстрацией мощи этой теории. В свою очередь, сильные взаимодействия прекрасно описываются квантовой хромодинамикой, и проблемой является лишь проведение расчетов в рамках этой теории при низких энергиях.
К сожалению, до сих пор не существует квантовой теории гравитационного взаимодействия, как впрочем нет и экспериментально наблюдаемых эффектов квантовой гравитации. По этой причине существующая теоретическая картина мира неполна и в экспериментах должны наблюдаться отклонения от вычислений в рамках этих моделей, и должны существовать процессы, которые отсутствуют в Стандартной модели и квантовой хромодинамике. Такие явления принято называть Новой физикой. К ним можно отнести: заметное превышение экспериментального значения аномального магнитного момента мюона над теоретическим предсказанием, существование нейтринных осцилляций; проблемы, связанные со спектрами сильновзаимодействующих частиц и характером взаимодействий между ними.
Проект Новосибирского государственного университета, посвященный этой проблематике, или как его еще называют – стратегическая академическая единица (САЕ) «Новая физика» является одной из крупных «жемчужин» научного «ожерелья» университета
В рамках существующих моделей не удается объяснить экспериментально наблюдаемый состав Вселенной: почему она состоит из материи, а антиматерия практически отсутствует, какова природа темной материи и темной энергии.
Поиск в рамках САЕ «Новая физика» ведется параллельно несколькими способами. Заметная часть усилий вкладывается в астрофизику элементарных частиц: это нейтринные эксперименты, поиск темной материи, изучение природы космических лучей и другие исследования. Однако до сих пор основным источником информации по физике элементарных частиц являются эксперименты на ускорителях, в частности на ускорителях со встречными пучками, так называемых коллайдерах.
Прецизионная проверка Стандартной модели в основном базируется на экспериментах, выполненных на коллайдерах, ускорительных и реакторных источниках нейтрино. При этом из астрофизических наблюдений следует, что известные формы материи, описываемые Стандартной моделью, составляют только около 4 % массы Вселенной, остальные 96 % составляют темная материя (22 %) и темная энергия (74 %). Существование темной материи, состоящей из нерелятивистских частиц неизвестной природы, не вызывает сомнений, но их регистрация является очень сложным делом, и эта задача до сих пор не решена.
О свойствах частиц темной материи известно очень мало. Они могут быть как очень тяжелыми – и тогда для их рождения нужно строить коллайдеры с еще более высокой энергией, так и совсем легкими. Например, частицами темной материи могут быть теоретически предсказанные стерильные нейтрино или аксионы. Подходящие кандидаты на роль частиц темной материи есть и среди гипотетических суперсимметричных частиц, которые пытаются обнаружить в экспериментах на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. В настоящее время ведется несколько экспериментов по прямой регистрации частиц темной материи космического происхождения c помощью подземных детекторов, но их результаты пока противоречивы. Однако детально исследовать и понять природу частиц темной материи возможно лишь на ускорителях, энергия которых достаточна для рождения таких частиц. В этих условиях поиск кандидатов на частицы темной материи необходимо вести по всем возможным направлениям исследований.
САЕ «НОВАЯ ФИЗИКА» В НГУ САЕ «Новая физика» включает в себя три блока подразделений физического факультета: научный, прикладной и образовательный.
Научный блок представлен «Междисциплинарным центром физики элементарных частиц и астрофизики», который включает в себя 13 лабораторий, ведущих фундаментальные исследования по физике элементарных частиц, астрофизике и космологии. В прикладной блок САЕ входит Отдел атмосферных исследований и лаборатории: электронно-лучевой сварки, радиоуглеродных методов анализа, электронно-лучевых технологий и бор-нейтронозахватной терапии. Лаборатории этого блока работают над прикладными задачами и должны в перспективе обеспечить привлечение в бюджет САЕ внешнего финансирования, необходимого для работы САЕ после того, как прекратится финансирование по программе 5-100. Учебный блок сформирован из пяти кафедр физического факультета: физики элементарных частиц, физики ускорителей, физико-технической информатики, радиофизики, физики плазмы и англоязычной аспирантуры по направлению «Астрофизика».
Восемнадцать лабораторий, пять кафедр физического факультета НГУ, входящих в состав САЕ, участвуют в тринадцати больших международных научных проектах – экспериментах в области физики высоких энергий, астрофизики и физики космических лучей, ведут исследования и подготовку специалистов по следующим направлениям.
Астрофизика, космология и космические лучи. Теоретические исследования свойств темной материи и темной энергии, возможности их прямого экспериментального наблюдения. Ведется создание двухфазного криогенного лавинного детектора в аргоне для регистрации темной материи. Участие в эксперименте DarkSide-20K (Гран-Сассо, Италия) по поиску темной материи. Также теоретически исследуется гравитационная неустойчивость в моделях модифицированной гравитации, проводится анализ наблюдательных проявлений объектов из антиматерии, физики сверхновых и ее приложение к космологическим проблемам.
Эксперименты на электрон-позитронных коллайдерах. Участие в проведении экспериментов и обработке данных с детекторов BaBar (США), BELLE (Япония), BESIII (КНР). Программа исследований включает изучение свойств фундаментальных фермионов – тау-лептона, очарованного c- и прекрасного b-кварков, CP-нарушения.
Эксперименты на адронных коллайдерах. Участие в экспериментах ATLAS, CMS и LHCb на Большом адронном коллайдере в Европейском центре физических исследований (CERN) и подготовка экспериментов с детектором PANDA на ускорительно-накопительном комплексе FAIR (ФРГ).
Основные физические задачи – изучение свойств бозона Хиггса и поиск новых физических явлений (вне рамок Стандартной модели), таких как суперсимметричные частицы, исследование свойств c- и b-кварков, CP-нарушения.
Поиск новых физических явлений в экспериментах с мюонными пучками. Участие в эксперименте COMET на ускорительно-накопительном комплексе J-PARC (Япония) по поиску процесса конверсии мюона в электрон при взаимодействии с атомными ядрами и в эксперименте MEG в PSI (Швейцария) по поиску распада мюона на фотон и электрон. В Стандартной модели вероятность этих процессов настолько мала, что их нельзя наблюдать экспериментально. Таким образом, обнаружение этих реакций однозначно означает открытие новой физики за рамками Стандартной модели. Участие в подготовке двух экспериментов в Национальной лаборатории им. Э. Ферми (США). Первый эксперимент Mu2e – поиск процесса конверсии мюона в электрон при взаимодействии с ядрами, второй эксперимент g-2 посвящен прецизионному измерению магнитного момента мюона.
Эта величина рассчитывается теоретически в рамках Стандартной модели. Отклонение экспериментального результата от расчета будет указывать на присутствие новой физики, т. е. неизвестных фундаментальных частиц и взаимодействий.
Разработка новых детекторов и коллайдеров. Создание уникального «черенковского» детектора на основе фокусирующего аэрогеля, позволяющего с высокой точностью измерять скорости частиц, что дает возможность определить их типы при анализе экспериментальных данных. Такой детектор планируется, в частности, использовать в эксперименте PANDA.
Разработка нового поколения коллайдеров высоких энергий – лептонных ускорительно-накопительных комплексов сверхвысоких энергий (линейные и циклические коллайдеры на энергию более 1 ТэВ в системе центра масс) в которых будут сталкиваться электрон-позитронные, электрон-фотонные, фотон-фотонные и мюон-антимюонные пучки (международные проекты ILC, CLIC, FCC-ee, CEPC и др.). На таких установках можно будет выполнить прецизионные эксперименты по изучению свойств W, Z и H бозонов и проверке Стандартной модели.
Промышленные ускорители. Ускорители заряженных частиц являются не только важнейшим инструментом исследования в физике элементарных частиц, они широко используются для экспериментов в других областях знаний и в промышленности. Например, накопители электронов – источники синхротронного излучения применяются для исследований в химии, биологии, физике ударно-волновых процессов и экстремальных состояний вещества, материаловедении и т. д. Ускорители являются ключевым элементом радиационных технологий, востребованных в промышленности, медицине, экологии и др.
По сути физика элементарных частиц, астрофизика и космология имеют одну общую цель – изучение Вселенной, поиск ответов на самые фундаментальные вопросы: как возникла Вселенная, из чего она состоит и какие законы природы ею управляют. Процесс познания невозможно остановить, но методы проведения исследований могут быть различными. При этом очевидно, что правильной стратегией является проведение взаимодополняющих друг друга исследований во всех перспективных областях, поскольку предсказать, где именно нас ожидает открытие, невозможно!
Исторически сложилось, что в СО РАН не проводились исследования по астрофизике и космологии, и, как следствие, в НГУ не готовили специалистов по этим бурно развивающимся научным направлениям.
Создавая САЕ «Новая физика», мы хотели исправить этот пробел и организовать в НГУ как научные исследования, так и образование (в магистратуре и аспирантуре) по направлениям астрофизика и космология, используя наши сильные позиции в физике элементарных частиц.
Работа в этом направлении началась в НГУ еще до начала программы 5-100. В 2011 г. НГУ получил мегагрант правительства РФ, и на физическом факультете была создана лаборатория космологии и элементарных частиц под руководством профессора университета Феррары (Италия) Александра Дмитриевича Долгова. Лаборатория занимается поиском темной материи, решением проблемы темной энергии, барионной асимметрии Вселенной и подготовкой специалистов по космологии и астрофизике. Строится детектор для обнаружения частиц темной материи. Как ни удивительно, но физика элементарных частиц – наука о том, как устроен мир на самых маленьких расстояниях, и астрофизика – наука о том, как устроен мир на предельно больших расстояниях, тесно связаны между собой.
Для объяснения свойств и состава Вселенной необходимы знания из физики элементарных частиц, а для построения квантовой теории гравитации требуются экспериментальные данные, которые можно получить только из астрофизических экспериментов, так как построить на Земле ускоритель с энергией, при которой будут наблюдаться квантовые эффекты гравитации, невозможно. Кроме этого, в последние годы в астрофизических экспериментах активно используются методики и детекторы, разработанные для проведения экспериментов по физике элементарных частиц. Сообщества ученых из этих областей все теснее сотрудничают и, как следствие, обмениваются идеями, методиками исследований. В последние годы никого уже не удивишь переходом специалистов из физики элементарных частиц в астрофизику. Так как ИЯФ СО РАН традиционно силен в физике элементарных частиц, мы планируем на этой базе в рамках САЕ «Новая физика» развить в НГУ исследования по направлению астрофизика и космология.
Подавляющее число экспериментов по физике элементарных частиц и астрофизике проводится в рамках международных коллабораций.
Это связано с тем, что физика элементарных частиц и астрофизика одними из первых вступили в фазу глобализации – бюджеты этих экспериментов столь значительны, что требуют участия нескольких стран для их наполнения. Кроме концентрации средств, для успеха таких экспериментов требуется концентрация ученых со всего мира для поддержания сложнейшего оборудования в работоспособном состоянии, обработки полученных данных и публикации результатов исследований. Замечу, что вступление и работа в международных коллаборациях – не такое легкое дело, как считают люди, привыкшие работать по узкой тематике в составе малых групп. Вступить в коллаборацию трудно, туда принимают далеко не каждую группу, а работать там еще труднее. Для принятия в коллаборацию требуется убедить совет в том, что группа имеет достаточный опыт работы в подобного рода экспериментах и квалификацию, и показать, что она может дать для успеха эксперимента. Нужно постоянно вносить вклад в обеспечение работы эксперимента, заниматься анализом данных.
Время, требуемое для получения одного результата, в зависимости от квалификации человека колеблется от года до трех лет. Подготовленная научная статья подвергается жесткому многоуровневому внутреннему рецензированию и только после этого направляется в редакцию журнала.
Одной из изюминок образовательной деятельности САЕ «Новая физика» является англоязычная аспирантура по направлению астрофизика и космология. Благодаря этому в НГУ появится полный цикл подготовки специалистов. Решение сделать аспирантуру англоязычной преследует две цели: обучение студентов из западных стран, а также китайских студентов в рамках совместного китайско-российского университета, созданного НГУ и Хэйлунцзянским университетом, и подготовка молодых российских ученых для работы в международных коллаборациях. В аспирантуре преподают ведущие российские и иностранные специалисты. На сегодняшний день в ней проходят обучение восемь студентов, к 2018 г. планируем увеличить их количество до 11 человек.
Конечной целью создания САЕ «Новая физика» является организация на физическом факультете Новосибирского государственного университета междисциплинарного научно-образовательного института мирового уровня по направлению астрофизика, космология и физика элементарных частиц.
Соответственно, институт будет заниматься проведением фундаментальных научных исследований и подготовкой кадров в этих областях знаний.
Литература
Рубаков В. А., Горбунов Д. С. Введение в теорию ранней Вселенной. М.: 2008. 552 с.
Троицкий С. В. Нерешенные проблемы физики элементарных частиц // УФН. 2012. № 182. С. 77—103.
: 20 Дек 2016 , Грани НАУКИ будущего , том 71/72,
№5/6
От CERN CMS: «Что ждет детектор CMS в ближайшие два года?»
от CERN CMS
26 февраля 2019
LeTizia Diamante
CERN/CMS Detector
. Жевелка физики частиц, эксперимент CMS является 14,000-тневым детектором. широкий круг вопросов о тайнах вокруг бозона Хиггса и темной материи.
ЦЕРН CMS Событие Хиггса
Теперь, когда луч Большого адронного коллайдера (LHC) был отключен для двухлетней технической остановки, Long Shutdown 2 (LS2), CMS готовится к значительным работам по техническому обслуживанию и модернизации.
На этой диаграмме детектора CMS показаны некоторые работы по техническому обслуживанию и модернизации, запланированные на следующие годы. ), запуск которого запланирован на 2026 год.
HL-LHC произведет от пяти до десяти раз больше столкновений, чем LHC, что позволит проводить более точные измерения редких явлений, предсказанных в Стандартной модели, и, возможно, даже обнаружение новых частиц, которые никогда не наблюдались ранее. Чтобы воспользоваться этим, необходимо заменить некоторые компоненты CMS.
Стандартная модель физики элементарных частиц
Стандартная модель физики элементарных частиц из журнала Symmetry Magazine
В основе CMS
Скрытый внутри нескольких слоев поддетекторов пиксельный детектор, окружающий трубку луча, является ядром эксперимента, поскольку она находится ближе всего к точке столкновения частиц. Во время LS2 самый внутренний слой существующего пиксельного детектора будет заменен с использованием более устойчивых к свету и излучению компонентов.
Лучевая труба также будет заменена в LS2 на ту, которая позволит концам будущих пиксельных детекторов приблизиться к точке взаимодействия. Этот пиксельный детектор третьего поколения будет установлен во время третьего длительного останова (LS3) в 2024–2026 годах.
Удаление ядра CMS во время длительного отключения 2 (LS2) (Изображение: Maximilien Brice/Julien Ordan/CERN)
Ничего не упустив часть детектора, которая обнаруживает и измеряет мюоны — частицы, похожие на электроны, но намного тяжелее. Они готовятся установить 40 больших камер Multi-Gas Electron Multiplier (GEM) для измерения мюонов, которые рассеиваются под углом около 10° — одним из самых сложных углов для детектора. Изобретен в 1997 Фабио Саули, камеры GEM уже используются в других экспериментах ЦЕРН, включая COMPASS, TOTEM и LHCb, но масштаб CMS намного больше, чем у других детекторов. Камеры GEM состоят из тонкой полимерной фольги с металлическим покрытием, химически пронизанной миллионами отверстий, обычно от 50 до 100 на миллиметр, погруженных в газ.
По мере прохождения мюонов электроны, выпущенные газом, дрейфуют в дырки, размножаются в очень сильном электрическом поле и переходят в область сбора.
Перенесемся в будущее
Некоторые из существующих детекторов не будут работать достаточно хорошо во время фазы HL-LHC, так как количество протон-протонных столкновений, произведенных на HL-LHC, будет в десять раз больше, чем первоначально планировалось. для эксперимента с CMS. Таким образом, высокодетализированный калориметр (HGCAL) заменит существующие торцевые электромагнитные и адронные калориметры во время LS3 между 2024 и 2026 годами. Новый детектор будет состоять из более чем 1000 м² шестиугольных кремниевых датчиков и пластиковых сцинтилляционных плиток, распределенных по 100 слоям (50 в каждом торце), предоставляя беспрецедентную информацию об электронах, фотонах и адронах. Использование этого детектора является серьезной проблемой для программного обеспечения и анализа, и физики и специалисты в области компьютерных наук уже работают над передовыми методами, такими как машинное обучение.
Текущие испытания модулей калориметра высокой степени детализации (HGCAL). Для LS2 запланированы интенсивные исследования и разработки, чтобы гарантировать, что новый детектор будет готов к установке во время LS3. (Изображение: Maximilien Brice/CERN)
Здание, здание, здание
CMS также участвовала в строительных работах HL-LHC, которые начались в июне 2018 года и продолжаются. Проект включает в себя пять новых зданий на поверхности в Сесси, Франция, а также модификации подземной пещеры и галерей.
Амбициозный план CMS на ближайшую и долгосрочную перспективу готовит детектор к более захватывающим начинаниям. Оставайтесь с нами, чтобы узнать больше.
Подробнее читайте в статье «CMS обладает высокой яркостью в поле зрения» в последнем выпуске CERN Courier, а также в основных моментах LS2 от ALICE, ATLAS и LHCb.
См. полную статью здесь.
пять способов обеспечить безопасность вашего ребенка стрельба в школе
Пожалуйста, помогите продвигать STEM в местных школах.
Stem Education Coalition
Встретьтесь с ЦЕРН в разных местах:
Quantum Diaries
Cern Courier
CMS
Вот так:
Нравится Загрузка…
Исследовательская группа измеряет массу топ-кварка с непревзойденной точностью 91000
Классическая сигнатура пары топ-кварков, образовавшейся в результате столкновений LHC, — это четыре струи (желтые конусы), один мюон (красная линия, также обнаруженная мюонными детекторами CMS в виде красных прямоугольников) и недостающая энергия нейтрино (розовая стрелка). Кредит: ЦЕРН
Коллаборация CMS на Большом адронном коллайдере (БАК) провела самое точное измерение массы топ-кварка — самой тяжелой из известных элементарных частиц. Последний результат CMS оценивает значение массы топ-кварка с точностью около 0,22%. Существенный выигрыш в точности достигается за счет новых методов анализа и усовершенствованных процедур, позволяющих последовательно и одновременно обрабатывать различные погрешности измерения.
Точное знание массы топ-кварка имеет первостепенное значение для понимания нашего мира в самом маленьком масштабе. Знание этой тяжелейшей элементарной частицы как можно ближе имеет решающее значение, поскольку позволяет проверить внутреннюю согласованность математического описания всех элементарных частиц, называемого Стандартной моделью.
Например, если точно известны массы бозона W и бозона Хиггса, масса топ-кварка может быть предсказана Стандартной моделью. Точно так же, используя массы топ-кварка и бозона Хиггса, можно предсказать массу W-бозона. Интересно, что, несмотря на значительный прогресс, определение массы в теоретической физике, связанное с эффектом квантово-физических поправок, все еще трудно определить для топ-кварка.
И, что примечательно, наши знания о самой стабильности нашей Вселенной зависят от наших общих знаний о массах бозона Хиггса и топ-кварка. Мы знаем только, что Вселенная очень близка к метастабильному состоянию с точностью современных измерений массы топ-кварка.
Если бы масса топ-кварка была хоть немного другой, Вселенная была бы менее стабильной в долгосрочной перспективе, потенциально в конечном итоге исчезнув в результате сильного события, подобного Большому взрыву.
Чтобы сделать свое последнее измерение массы топ-кварка, используя данные о столкновениях протон-протон LHC, собранные детектором CMS в 2016 году, команда CMS измерила пять различных свойств событий столкновения, в которых рождается пара топ-кварков. вместо трех свойств, которые были измерены в предыдущих анализах. Эти свойства зависят от массы топ-кварка.
Кроме того, команда выполнила чрезвычайно точную калибровку данных CMS и получила глубокое понимание оставшихся экспериментальных и теоретических неопределенностей и их взаимозависимостей. С помощью этого инновационного метода все эти неопределенности также были извлечены во время математической подгонки, определяющей окончательное значение массы топ-кварка, и это означало, что некоторые из неопределенностей можно было оценить гораздо точнее.
Результат 171,77 ± 0,38 ГэВ согласуется с предыдущими измерениями и предсказанием Стандартной модели.
Коллаборация CMS сделала значительный шаг вперед с этим новым методом измерения массы топ-кварка. Передовая статистическая обработка неопределенностей и использование большего количества свойств значительно улучшили измерения. Еще один большой шаг ожидается, когда новый подход будет применен к более обширному набору данных, зарегистрированному детектором CMS в 2017 и 2018 годах.
Дополнительная информация:
Резюме анализа физики CMS «Подход, основанный на правдоподобии профиля, для измерения массы топ-кварка в канале лептон + струи при √ s = 13 ТэВ»
Предоставлено
ЦЕРН
Цитата :
Исследовательская группа измеряет массу топ-кварка с беспрецедентной точностью (19 апреля 2022 г.)
получено 12 января 2023 г.
с https://phys.org/news/2022-04-team-mass-quark-unparalleled-accuracy.html
Этот документ защищен авторским правом.