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.
Трудно забыть боль, но еще труднее вспомнить радость. Счастье не оставляет памятных шрамов. Мирное время ничему не учит.
Метки: Large Hadron Collider, LHC, БАК, большой адронній коллайдер, Большой Взрыв
Писано 24.03.2010
