Конец света отменяется
23 ноября 2009 года — Европейский центр ядерных исследований (CERN) объявил о том, что впервые на БАК было проведено столкновение пучков протонов, двигающихся со скоростями, близкими к скорости света, с суммарными энергиями порядка 900 ГэВ.
И как видите — все мы живы и Земля там где и была. Конечно, есть еще некоторые опасения — сейчас пучки протонов движутся по 27-километровому туннелю, практически со скоростью света — за 1 секунду они преодолевают круговой путь 11 тыс раз, разгоняемые тысячами сверхпроводящих магнитов, но пока на малой мощности. На максимальную мощность коллайдер выйдет в начале следующего года.
Как ожидается, к январю-февралю энергия пучков достигнет 7 тераэлектронвольт или 3,5 ТэВ на пучок, что в несколько раз больше нынешней. Тогда и начнутся эксперименты, ради которых, собственно, и создавался ускоритель стоимостью в 9,8 млрд долларов. При помощи анализа результатов столкновения частиц ученые надеются глубже проникнуть в тайны материи, достичь самых высоких из когда-либо изученных энергий. При самом оптимистичном исходе исследователи смогут воссоздать условия, существовавшие 13 млрд лет назад спустя 1-2 триллионные доли секунды после Большого взрыва, приведшего, по одной из оценок, к возникновению нашей Вселенной.
Несколько недель назад история приобрела забавный оборот: выяснилось, что многие проблемы возникли из-за того, что в установку попал кусок булки. Вероятно, его уронила пролетавшая мимо птица, и хлеб упал на поверхность кольца ускорителя.
Совершенствуется методика изучения «невидимых» частиц на LHC
Многочисленные астрофизические данные указывают на то, что кроме звезд, газопылевых облаков и прочего «светлого» вещества во Вселенной имеется очень много темной материи. Так называют вещество, которое не видно ни в одном диапазоне электромагнитного спектра, но которое хорошо заметно по его гравитационному воздействию на обычную материю. Расчеты показывают, что оно в большинстве своем должно состоять из стабильных тяжелых частиц какого-то иного, неизвестного пока сорта. В Стандартной модели таких частиц нет, но подобные «кандидаты» в частицы темной материи возникают в более сложных моделях устройства нашего мира (в частности, в некоторых неминимальных хиггсовских моделях). Одной из задач LHC как раз будет поиск и исследование таких «невидимых» частиц.
Задача это намного более сложная, чем может показаться на первый взгляд. Частицы темной материи должны, по определению, быть стабильными и должны исключительно слабо взаимодействовать с обычным веществом. Это значит, что если такие частицы родятся в столкновениях протонов, то они вылетят из детектора незамеченными. Поэтому для того, чтобы изучать «темный сектор» нашего мира, требуется придумать методики изучения частиц, не «видя» их в детекторе.
В принципе, такие методики существуют. Самый простой способ — взять все зарегистрированные частицы и проверить, нет ли у них большого нескомпенсированного суммарного поперечного импульса. Если есть, то, значит, вместе с ними родилась и какая-то незамеченная частица, которая и унесла лишний поперечный импульс. (С продольным импульсом такой трюк не пройдет, поскольку в каждом конкретном столкновении рождается большое число частиц, летящих вперед, в трубу, которые поймать не удается.) Пример исследования на коллайдере Тэватрон, в котором как раз использовался такой критерий, см. в новости В эксперименте Run II отклонения от Стандартной модели пока не подтверждаются.
Однако для надежного поиска кандидатов в темную материю одного этого критерия недостаточно. Во-первых, в столкновениях протонов время от времени рождаются и нейтрино, которые тоже улетают, не оставляя следа в детекторе. Поэтому необходимо научиться отличать нейтрино от новых «невидимых» частиц. Это можно сделать, например, измерив массу «невидимой» частицы и доказав, что эта масса очень велика. Во-вторых, еще более сложная картина возникает, если на LHC будут рождаться тяжелые «невидимые» частицы не одного, а нескольких сортов (модели многокомпонентной темной материи уже придуманы теоретиками). Поэтому для решения задачи требуется придумать достаточно «прозорливую» методику анализа таких процессов, которая, к тому же, должна быть максимально модельно-независима, то есть не должна опираться на какие-то специфические теоретические предположения о свойствах этих частиц.
Именно такая методика была представлена в недавней статье “Dark Matter Particle Spectroscopy at the LHC: Generalizing MT2 to Asymmetric Event Topologies”. Авторы этой статьи показывают, как надо группировать зарегистрированные частицы и какие их кинематические величины надо анализировать, чтобы лучше всего «почувствовать отдачу» невидимых частиц, даже если их больше, чем одна. Они предлагают процедуру анализа, которая позволяет, по крайней мере в принципе, измерить массы всех невидимых частиц, родившихся в столкновении. Поэтому изучение даже такого сложного устройства нашего мира будет, теоретически, возможно на LHC.
Учителя литературы в школе заставляют 14-летних детей анализировать и понимать стихи взрослых алкашей, покончивших жизнь самоубийством.
Метки: Large Hadron Collider, LHC, БАК, большой адронній коллайдер, Большой Взрыв
Писано 24.03.2010
