Новости Большого адронного коллайдера

Две недели назад на специальном семинаре в ЦЕРНе были обнародованы новые результаты поиска хиггсовского бозона на LHC. Два основных детектора независимо друг от друга «увидели» некоторое превышение данных, которое выглядело очень похоже на проявление хиггсовского бозона с массой около 125 ГэВ. Неудивительно, что за прошедшие две недели в архиве е-принтов появилось уже свыше десятка статей на эту тему.

13 декабря в ЦЕРНе были представлены самые последние данные по поиску хиггсовского бозона на LHC. Предварительные данные указывают на то, что существует некая частица с массой около 125 ГэВ, которая выглядит очень похоже на хиггсовский бозон. Для более сильных утверждений потребуется дальнейший набор статистики, который начнется лишь весной следующего года.

7 декабря прошел последний сеанс столкновений на Большом адронном коллайдере в 2011 году, и после сброса пучков коллайдер был остановлен на рождественские каникулы. В течение последнего месяца на LHC сталкивались не протоны, а ядра свинца, и за это время была накоплена светимость примерно по 150 μb^–1 на каждом из трех детекторов (ATLAS, ALICE, CMS; детектор LHCb данные по ядерным столкновениям не набирал). Это почти в 20 раз превышает статистику, набранную в ядерных столкновениях в 2010 году, и физики сейчас занимаются обработкой этих данных.

LHC заработает вновь в начале февраля 2012 года. В течение месяца техники будут тестировать поведение сверхпроводящих магнитов при еще больших магнитных полях, что позволит еще выше поднять энергию протонов и ядер. Пучки начнут циркулировать в марте, и тогда ускорительщики попытаются настроить пучки на еще более «скорострельный» режим работы, при котором сгустки следуют друг за другом с интервалом в 25 наносекунд вместо нынешних 50 нс. Непосредственно эксперименты стартуют лишь в апреле (см. предварительное расписание LHC на 2012 год). Ожидается, что в 2012 году будет повышена и энергия, и светимость пучков, что позволит увеличить накопленную статистику еще в несколько раз. Точные параметры пучков, к которым будут стремиться специалисты, пока не утверждены; это будет сделано лишь в феврале после традиционной ежегодной рабочей встречи в Шамони.

На Большом адронном коллайдере начался этап работы с ядрами свинца. Как и в прошлом году, ядра разгоняются до энергии 287 ТэВ, что составляет 1,38 ТэВ в расчете на один протон и нейтрон. Однако сейчас, благодаря опыту, накопленному за последние месяцы, интенсивность ядерных пучков значительно превышает прошлогодние показатели. В ночь с 14-го на 15 ноября в режиме столкновений 170 сгустков на пучок была достигнута светимость 1,5·10²⁶ см^–2·сек^–1, что впятеро превышает рекорд прошлого года. Сейчас столкновения идут уже в режиме 358 сгустков на пучок, а пиковая светимость, соответственно, выросла еще более чем вдвое. Ожидается, что накопленная в этом году статистика ядерных столкновений примерно на два порядка превысит данные прошлого года.

В воскресенье 30 октября на Большом адронном коллайдере прошел последний в этом году сеанс столкновений протонных пучков. В 2011 году коллайдер поработал более чем успешно. Пиковая светимость ускорителя достигала 35% от номинальной, и она будет повышаться дальше в 2012 году. Накопленная статистика составила свыше 5,5 fb^–1 на двух главных детекторах CMS и ATLAS, 1,2 fb^–1 на специализированном детекторе LHCb и 5 pb^–1 на детекторе ALICE. Подробную информацию обо всех научных сеансах работы можно найти на странице LHC Statistics. Первые результаты, полученные на основе этой статистики, должны быть обнародованы на конференциях в конце ноября.

В течение ближайших нескольких дней специалисты будут заниматься тестированием ускорителя для перехода к еще большей интенсивности пучков, намеченной на следующий год, а затем начнут подготавливать ускоритель для ядерных столкновений. Предполагается, что LHC проработает в режиме столкновений ядер свинца с 14 ноября по 7 декабря и наберет статистику, многократно превышающую прошлогодние данные. После этого ускоритель будет остановлен до января 2012 года.

30 сентября, после 28 лет работы, был остановлен американский протон-антипротонный коллайдер Тэватрон, базирующийся в Национальной лаборатории им. Э. Ферми в Чикаго. В 14:32 по местному времени был прекращен набор данных, а в 14:38 в последний раз были сброшены пучки. Примерно через неделю, когда магниты ускорителя прогреются до комнатной температуры, техники приступят к его демонтажу. Это, впрочем, не означает, что мы о Тэватроне больше не услышим. Накопленные данные будут обрабатываться не один год и время от времени будут публиковаться новые статьи.

Научные достижения Тэватрона вызывают у физиков противоречивые чувства. С одной стороны, во многом благодаря нему физика на адронных коллайдерах существенно изменилась за последние три десятилетия. На Тэватроне был открыт топ-кварк, а затем он довольно быстро из экзотики превратился в мощный и на удивление аккуратный способ исследования сильных и слабых взаимодействий. Например, самое сильное подозрение на возможное проявление Новой физики на Тэватроне следует как раз из наблюдения топ-кварков, а именно из величины топ-антитоп асимметрии. На Тэватроне были открыты новые тяжелые адроны и изучены их свойства; вообще, результаты Тэватрона в физике адронов не раз удивляли теоретиков. Подробнее о достижениях Тэватрона можно прочитать в интерактивной хронологии на сайте Фермилаба, а также в недавнем обзорном докладе, в заметке в журнале CERN Courrier (а краткую историю его создания и работы можно узнать из недавнего препринта).

С другой стороны, многие разочарованы тем, что Тэватрону не удалось открыть ни хиггсовский бозон, ни Новую физику. Он позволил аккуратно измерить многие параметры Стандартной модели, но так и не ответил на вопрос, на какой более фундаментальной теории эта модель базируется. Ответы теперь придется ждать от Большого адронного коллайдера. А в качестве подборки персональных впечатлений физиков, так или иначе связанных с Тэватроном, можно порекомендовать полистать коллективный блог Quantum Diaries за последние дни.

Детектор TOTEM — один из самых маленьких детекторов, установленных на Большом адронном коллайдере, — обнародовал на днях свои первые измерения полного и упругого сечения рассеяния протонов. Измерение этих сечений и изучение их зависимости от энергии как раз является одной из главных задач детектора TOTEM. Данные были представлены 21 сентября на 107-й встрече Комитета по экспериментам на LHC.

С 24 августа по 6 сентября на Большом адронном коллайдере велись отладочные работы, нацеленные на дальнейшее повышение светимости ускорителя. По окончании этих работ коллайдер был вновь запущен и возобновил набор научных данных. Этот сеанс работы продлится до конца октября, после чего физики завершат протонную программу работы в этом году и переключатся на столкновения ядер свинца.

Главным результатом последних двух недель стал переход к еще более плотному сжатию протонных пучков — параметр β* был уменьшен с 1,5 м до 1 метра (подробности см. в новости Специалисты научились сжимать пучки лучше, чем в прошлом году). Это позволило заметно повысить пиковую светимость ускорителя: она достигает уже 3·10³³ см^–2·сек^–1, то есть 30% от проектного значения. В ходе отладочных работ был также опробован режим работы, при котором сгустки следуют один за другим с интервалом 25 нс (против нынешних 50 нс), однако пучки при этом оказались слишком неустойчивы. Настройка 25-наносекундого режима (который необходим для дальнейшего роста светимости) будет, по-видимому, отложена до 2012 года.

Как уже неоднократно подчеркивалось в нашей ленте новостей LHC, главная цель Большого адронного коллайдера — найти отклонения от Стандартной модели и выяснить их происхождение. Поиск тут ведется сразу по нескольким направлениям: это и попытки породить новые тяжелые частицы, и тщательное измерение процессов с участием уже известных частиц.

Одно из самых многообещающих явлений такого рода — распады B_s-мезонов. Например, сверхредкий распад этих мезонов на мюон-антимюонную пару может в разных моделях Новой физики сильно отличаться от предсказаний Стандартной модели. Более того, некоторые теоретики полагают, что этот метод будет даже более чувствителен к суперсимметрии, чем прямые поиски суперчастиц. Этот распад пока не обнаружен экспериментально, но LHC скоро начнет его «видеть».

На прошлой неделе на симпозиуме Lepton-Photon 2011 были обнародованы результаты коллаборации LHCb, касающиеся еще одного распада этих же мезонов — на J/ψφ («джей-пси-мезон» и «фи-мезон»). Этот распад очень интересен тем, что в нём проявляется фундаментальное свойство нашего мира — нарушение CP-инвариантности, то есть некоторое несоответствие свойств частиц и античастиц. В апреле этого года коллаборация LHCb уже сообщала о первых результатах измерения этого распада на статистике, накопленной в 2010 году. Тогда результаты слегка отличались от предсказаний Стандартной модели. Сейчас статистика LHCb возросла в десять раз, и поэтому новые данные ожидались с понятным нетерпением. Они были представлены в докладе Герарда Равена (Gerhard Raven) и в целом сводятся к уже привычному утверждению: отличий от Стандартной модели по-прежнему не видно. Некоторые подробности измерения, изложенные относительно популярным языком, можно найти в блоге Resonaances.

22 августа на сайте ЦЕРНа появилось сразу несколько статей, подробно описывающих методику и результаты самых последних поисков хиггсовского бозона на детекторе CMS. Ключевая статья — Combination of Higgs searches — охватывает восемь разных каналов распада, в которых ищут хиггсовский бозон, а дополнительные детали приведены в сопровождающих публикациях. Стоит подчеркнуть, что все эти публикации, строго говоря, не считаются научными статьями, а идут под грифом «Physics Analysis Summaries», т. е. содержат предварительные результаты, которые могут в будущем уточняться и войти в состав полноценной статьи.

Сегодня, 22 августа в индийском городе Мумбаи открылся симпозиум Lepton-Photon 2011. В первый же день были представлены, пожалуй, самые ожидавшиеся результаты — новые данные по поиску хиггсовского бозона на Большом адронном коллайдере. До начала конференции многие предполагали, что ключевым момент станет объединение результатов ATLAS и CMS, обнародованных еще месяц назад. Однако события пока разворачиваются несколько иначе. Обе коллаборации представили свои обновленные данные, полученные с учетом новой статистики, накопленной за последний месяц (светимость вплоть до 2,3 fb^–1 на ATLAS и 1,7 fb^–1 на CMS).

Общие результаты таковы. Хиггсовский бозон пока по-прежнему не виден, хотя подозрительные отклонения от «бесхиггсовского» варианта есть. Ограничения на его массу, полученные месяц назад, практически не изменились. Интересно также то, что сильное расхождение между данными и «бесхиггсовскими» ожиданиями в области 130–145 ГэВ, которые многие уже начали рассматривать как намек на хиггсовский бозон, в новых данных уменьшилось. Это означает, что с выводами о том, что LHC видит бозон Хиггса, спешить пока рано. Впрочем, поскольку времени на обработку было выделено очень мало, данные пока остаются предварительными, так что поэтому результаты могут поменяться в ближайшие месяцы.

Новую физику — частицы и явления, выходящие за рамки Стандартной модели — можно искать не только напрямую, пытаясь родить новые тяжелые частицы, но и косвенно, через отклонения характеристик редких процессов от предсказаний Стандартной модели. Один из наиболее перспективных процессов такого типа — распад B_s-мезона на мюон-антимюонную пару μ⁺μ^– (см. подробности в нашей недавней новости). Месяц назад, на конференции EPS-HEP2011, были представлены первые результаты экспериментов LHCb и CMS на Большом адронном коллайдере, которые установили новый предел сверху на вероятность такого распада.

В теоретической статье, появившейся на днях в архиве епринтов, изучается то, насколько сильно эти результаты ограничивают разные суперсимметричные модели. Изучалось также, что можно ожидать в ближайшем будущем, когда статистика на LHC возрастет еще в несколько раз, а значит, возрастет и чувствительность детекторов к этому сверхредкому распаду. Общий вывод статьи таков: измерение вероятности этого распада станет более жесткой проверкой для широкого класса суперсимметричных моделей, чем прямой поиск суперсимметричных частиц.

На сайте ЦЕРНа появилась статья, посвященная довольно специальному, но очень актуальному сейчас вопросу — методам объединения данных для поиска хиггсовского бозона. Хиггсовский бозон ищут сразу по нескольким характерным каналам распада, а затем результаты объединяют друг с другом для того, чтобы улучшить статистическую достоверность результатов. Кроме того, объединяются и данные, полученные разными детекторами — а это гораздо более трудная задача, поскольку разные детекторы оптимизированы под разные измерения. Неудивительно, что при объединении результатов возникает огромное количество тонких моментов, которые и описываются в статье — начиная с того, в каких статистических величинах представлять результаты, и заканчивая корреляцией погрешностей двух экспериментов.

Интересно отметить, что все описанные в статье методики и стратегии были выработаны зимой—весной 2011 года, т. е. еще до того, как LHC начал получать первые интересные результаты. Это было сделано с той целью, чтобы исключить всякую предвзятость, которая могла бы возникнуть, если бы физики уже видели первые данные.

Авторами статьи числятся обе больших коллаборации, работающие на Большом адронном коллайдере, ATLAS и CMS, а также специальная группа LHC Higgs combination group, объединяющая результаты этих двух экспериментов. Эта подробная техническая информация сейчас будет как никогда кстати, потому что буквально послезавтра начинается симпозиум Lepton Photon 2011, на котором ожидаются объединенные результаты ATLAS и CMS по поиску хиггсовского бозона (про их результаты по отдельности мы недавно писали в новости Представлены первые серьезные данные LHC по поиску бозона Хиггса). Не исключены также и новые данные — ведь сейчас оба детектора накопили уже в два раза больше статистики, чем месяц назад.

План работы Большого адронного коллайдера на ближайшее десятилетие более-менее определен: работа в нынешнем режиме до конца 2012 года, затем полуторагодичный перерыв, после него повышение энергии и светимости до проектных значений. Затем последует модернизация коллайдера и детекторов, которая пройдет в несколько этапов и позволит еще больше увеличить светимость LHC. Конкретные планы будут еще меняться, но примерно в таком режиме Большой адронный коллайдер (возможно, уже с приставкой «супер») проработает до 2030-х годов. Ожидается, что примерно в это время начнет свою работу линейный электрон-позитронный коллайдер (конечно, при наличии финансирования), и уже сейчас обсуждается, что делать с LHC после этого срока.

Приоритетной сейчас является идея проекта HE-LHC (High-energy LHC), который подразумевает повышение энергии протонов до 16,5 ТэВ — то есть более чем вдвое от расчетной энергии LHC и почти впятеро против нынешней энергии протонов. Таким образом, полная энергия в протонных столкновениях достигнет 33 ТэВ. Поскольку циркулировать протоны будут в том же кольце, удерживать их на орбите должны гораздо более сильные магниты с индукцией 20 Тесла. Именно разработка таких магнитов сейчас и является краеугольным камнем проекта.

В октябре 2010 года на Мальте прошла первая специализированная конференция, посвященная обсуждению технических вопросов проекта HE-LHC. Материалы этой конференции на днях стали появляться в архиве электронных препринтов. Кроме того, все эти материалы доступны на сайте ЦЕРНа в виде единого документа из серии CERN Yelow Reports.

Одна из главных задач Большого адронного коллайдера — экспериментальная проверка разнообразных экзотических моделей, придуманных теоретиками. Среди них имеются и теории, в которых в нагрузку к гравитации, электромагнетизму, сильному и слабому взаимодействиям постулируются и новые типы сил. Квантовая теория описывает такие силы через обмен тяжелыми частицами–переносчиками взаимодействия. Эти силы могут действовать и на обычные частицы — в этом случае их обозначают W', если они заряжены, или Z', если они нейтральны (по аналогии с уже давно открытыми W- и Z-бозонами, но только со штрихом).

Такие гипотетические переносчики новых сил можно будет легко заметить в эксперименте через их распады на обычные частицы. На адронных коллайдерах проще всего их искать через распад на лептоны: W' может распадаться на электрон (или мюон) плюс нейтрино, а Z' может распадаться на электрон-позитронные или мюон-антимюонные пары. Конечно, такие пары могут рождаться и без новых частиц, но подобный фон, идущий от Стандартной модели, можно отделить от следов распада тяжелых гипотетических бозонов.

На днях в архиве электронных препринтов появились две статьи коллаборации ATLAS, в которых рассказывается о поиске бозонов W' (arXiv:1108.1316) и Z' (arXiv:1108.1582) в статистике, отвечающей интегральной светимости чуть больше 1 fb^–1. В обоих случаях не было обнаружено ничего выходящего за рамки Стандартной модели. На основании этих данных были установлены новые ограничения сверху на массы этих частиц: даже если они и существуют, они должны быть тяжелее 1,83 ТэВ (для Z') или 2,15 ТэВ (для W').

На сайте ЦЕРНа появилось сообщение, что проект добровольных вычислений LHC@home 2.0 открывается для всех желающих. Как и другие проекты добровольных вычислений, LHC@home 2.0 позволяет использовать свободное машинное время добровольцев для нужд ресурсоемких научных вычислений. В данном случае речь идет о моделировании событий столкновения протонов на Большом адронном коллайдере — именно через сравнение данных с результатами моделирования физики могут узнать о том, что в реальных данных есть какие-то новые частицы или процессы. Текущий проект в рамках LHC@home 2.0 называется Test4Theory и позволяет моделировать разнообразные процессы при тех или иных значениях параметров теории. Инструкции, как подключиться к проекту, выложены на сайте LHC@home.

В англоязычной блогосфере появился новый научно-популярный блог Of Particular Significance, посвященный Большому адронному коллайдеру, поиску и свойствам хиггсовского бозона и другим вопросам физики элементарных частиц. Ведет его Мэтт Стрэсслер (Matt Strassler), известный физик-теоретик, специализирующийся на суперструнных моделях и теориях за пределами Стандартной модели. В блоге появляются не только сообщения о новостях в физике высоких энергий, но и большие заметки, ориентированные на широкую публику, не имеющую никакого научного образования (см., например, последнюю заметку про то, почему частицы вообще распадаются). В подобных заметках автор старается совмещать максимально простое объяснение с научной корректностью.

3 августа на Большом адронном коллайдере прошел юбилейный, 2000-й, сеанс работы. Он оказался рекордным по продолжительности (21 час с половиной) и по набранной светимости — на детекторе ATLAS она превысила 90 pb^–1 (что более чем в два раза больше всей статистики за 2010 год). Детектор CMS, правда, набрал за этот сеанс вполовину меньше данных из-за проблем с системой охлаждением детектора, однако эти накладки впоследствии были устранены. Подробную информацию по каждому сеансу работы можно найти на страничке LHC Performance and Statistics.

К настоящему моменту интегральная светимость, набранная на детекторе ATLAS, достигла 2 fb^–1. Пиковая светимость тоже повышается от сеанса к сеансу и сейчас она превышает 2·10³³ см^–2·сек^–1, то есть 20% от проектной. При нынешних темпах работы удастся набрать около 5 fb^–1 к концу октября, когда работа с протонными пучками в 2011 году закончится и ускоритель перейдет на ионные пучки.

Датский исследовательский центр CP3-Origins, изучающий механизмы нарушения электрослабой симметрии и возникновения массы у частиц, опубликовал недавно большой обзор, посвященный так называемому техницвету (technicolor). Техницвет — это одна из теорий за пределами Стандартной модели, в которой механизм нарушения электрослабой симметрии совсем непохож на обычный хиггсовский механизм. В этой теории нет фундаментального хиггсовского поля, а значит, нет и хиггсовского бозона как фундаментальной частицы. Вместо этого другие частицы (технифермионы) за счет действия новых сил «складываются» в составную частицу, в чем-то похожую на хиггсовский бозон. Это очень напоминает то, как из кварков спонтанно складываются мезоны, поэтому некоторые идеи в теории техницвета приходят из теории сильных взаимодействий (где ключевую роль играет «цвет» кварков и глюонов).

В обзоре подробно рассказывается, чем техницвет лучше стандартного хиггсовского механизма, какие наблюдаемые последствия имеет идея техницвета и как эти последствия проверять на Большом адронном коллайдере.

Главная задача как Тэватрона, так и Большого адронного коллайдера — найти и изучить так называемую Новую физику, то есть явления, не вписывающиеся в Стандартную модель. Искать эти явления можно по-разному. Можно, повышая энергию столкновений, попытаться породить новые тяжелые частицы, а затем обнаружить следы их распадов. Но можно также заметить отклонения от Стандартной модели, внимательно изучая процессы с участием уже известных частиц. Поиск и изучение редких распадов B-мезонов, который является важным пунктом научной программы как Тэватрона, так и LHC, как раз пример такого подхода. На Большом адронном коллайдере есть даже детектор, специально оптимизированный под изучение этих распадов, — LHCb.

Редкие (с вероятностью порядка одной миллионной и меньше) распады мезонов как раз и хороши тем, что в рамках Стандартной модели они идут очень неохотно. Поэтому малейшее проявление Новой физики зачастую может значительно повысить вероятность этого распада. Она, конечно, по-прежнему останется маленькой, но может уже сильно отличаться от предсказаний Стандартной модели. Поэтому надежное измерение вероятности таких распадов — это один из способов узнать что-то принципиально новое о нашем мире.

B⁰-мезоны, состоящие на d-кварка и анти-b-кварка, а также B_s-мезоны (s-анти-b), могут распадаться на мюон-антимюонную пару μ⁺μ^–. Однако в Стандартной модели вероятность такого распада составляет примерно 3 миллиардных для B_s и одну десятимиллиардную (!) для B⁰. Но эта вероятность может возрасти в несколько раз в теоретических моделях, включающих новые частицы или силы, поэтому на измерение этой вероятности нацелено сразу несколько экспериментов.

Три недели назад коллаборация CDF, работающая на Тэватроне, сообщила о новых результатах поиска этих распадов. Если в случае B⁰-мезонов ничего заметно не было, то для B_s-мезонов коллаборация обнаружила в своих данных некоторое превышение над ожидаемым фоном. В своей статье от 12 июля коллаборация даже дает предварительную оценку вероятности этого распада — примерно 18 ± 10 миллиардных, что в 6 раз превышает ожидания Стандартной модели. Вероятность того, что Стандартная модель случайно дала бы подобный всплеск, оценивается CDF на уровне 2%. Иными словами, если считать, что превышение на CDF — реальный сигнал, а не артефакт детектора, это сразу дает намек на что-то нестандартное.

Однако не прошло и месяца, как этот результат был поставлен под сомнение сразу двумя детекторами Большого адронного коллайдера. В препринте коллаборации CMS, появившемся 28 июля, тоже сообщается о результатах поиска этих распадов в статистике 1,14 fb^–1. Никакого надежного сигнала от искомого распада B_s-мезонов обнаружить не удалось, и на уровне достоверности 95% был установлен верхний предел в 19 миллиардных.

Еще более серьезное ограничение установил детектор LHCb. В докладе этой коллаборации (PDF, 1,3 Мб) на прошедшей недавно конференции EPS-HEP 2011 были представлены результаты поиска этих распадов в статистике 0,3 fb^–1 (это интегральная светимость, набранная LHCb к середине июня). Для B_s-мезонов получено ограничение сверху 15 миллиардных, для B⁰-мезонов — 5 миллиардных. Таким образом, объединенные данные LHCb и CMS вступают в явный конфликт с наблюдением детектора CDF.

Дополнительно об этой ситуации можно почитать в блогах Resonaances, Quantum Diaries, Tommaso Dorigo.

Сразу по окончании крупнейшей конференции года по физике элементарных частиц EPS-HEP 2011 во французском городе Орсэ с 28-го по 30 июля пройдет конференция Higgs Hunting 2011, целиком посвященная поиску хиггсовского бозона на Тэватроне и LHC. Научная программа конференции доступна онлайн.

Кроме того, в конце августа состоятся сразу несколько крупных конференций, на которых будут обсуждаться данные, полученные на Большом адронном коллайдере:

• 22–27 августа: Lepton Photon 2011 (Мумбаи), на которой ожидается объединение результатов ATLAS и CMS по хиггсовкому бозону;
• 26–29 августа: Scalars 2011 (Варшава), посвященная в основном теоретическим аспектам неминимальных хиггсовских механизмов;
• 28 августа — 1 сентября: Physics in Collisions 2011 (Ванкувер), 31-я встреча из этой серии конференций;
• 28 августа — 2 сентября: Supersymmetry 2011 (Фермилаб), 19-я конференция по суперсимметрии;
• 29 августа — 2 сентября: Implications of LHC results for TeV-scale physics (ЦЕРН) — конференция, посвященная интерпретации первых серьезных результатов LHC.

27 июля, в последний день работы конференции EPS-HEP 2011, были представлены новые данные Тэватрона, касающиеся поиска хиггсовского бозона. Эти данные были получены путем объединения результатов двух экспериментов, CDF и DZero, и базируются на статистике около 8 обратных фемтобарн. Хиггсовский бозон по-прежнему не найден, и на 95-процентном уровне достоверности закрыта область масс от 156 до 177 ГэВ.

Это, конечно, заметно меньше, чем область масс, которую на прошлой неделе закрыл Большой адронный коллайдер. Однако Тэватрон пока еще остается в игре. Дело в том, что в области масс от 114 ГэВ (текущее ограничение электрон-позитронного коллайдера LEP) и примерно до 125 ГэВ Тэватрон всё еще обладает большей чувствительностью к хиггсовскому бозону, чем LHC. Впрочем, уже к концу этого года LHC обгонит Тэватрон и в этой области.

Интересно также отметить, что Тэватрон, как и LHC, видит небольшое превышение событий в области 130–150 ГэВ, хотя оно и не столь заметное, как на Большом адронном коллайдере. Это подкрепляет гипотезу о том, что где-то в этой области действительно существует хиггсовский бозон. Впрочем, по имеющимся данным, никакого утверждения о наблюдении статистически значимого превышения данных над фоном сделать пока нельзя; для этого потребуется подождать еще несколько месяцев.

23 июля коллаборация DZero, работающая на американском протон-антипротонном коллайдере Тэватрон, представила доклад на конференции EPS-HEP 2011, а 25 июля выпустила статью про новые измерения асимметрии между направлениями вылета топ-кварка и антикварка (топ–антитоп-асимметрии). Напомним, что это одна из самых бурно обсуждаемых тем в физике элементарных частиц в последнее время. Полгода назад детектор CDF, собрат DZero по Тэватрону, обнаружил аномально сильную асимметрию, не вписывающуюся в Стандартную модель. Отклонение данных от теоретических предсказаний достигало порой 3 стандартных отклонений. Однако буквально на днях один из экспериментов, работающих на Большом адронном коллайдере, сообщил, что он никакой аномально большой асимметрии не видит.

В новой статье, после обработки интегральной светимости 5,4 fb^–1, DZero подтверждает сообщение CDF. Измеренная DZero асимметрия достигает 19,6 ± 6,5%, в то время как теория предсказывает лишь 5% (при ином способе обработки данных отличие достигает 3 стандартных отклонений, так же как и у CDF). Впрочем, в отличие от CDF, эксперимент DZero не видит никакой существенно зависимости этой асимметрии от инвариантной массы топ–антитоп-пар.

Таким образом, сильная топ–антитоп-асимметрия постепенно становится самым главным результатом Тэватрона, не вписывающимся в рамки Стандартной модели. Если эта аномалия подтвердится, она станет первым указанием на существование каких-то новых частиц или взаимодействий в нашем мире. Впрочем, прежде чем делать такие выводы, потребуется объяснить, почему ничего подобного не видит LHC.

На конференции EPS-HEP 2011 были представлены результаты поиска хиггсовского бозона на Большом адронном коллайдере на статистике свыше 1 fb^–1. Результаты детекторов ATLAS и CMS резко улучшают достижения Тэватрона. Хиггсовский бозон уже закрыт в очень широком диапазоне масс, зато в области 130–150 ГэВ наблюдается отклонение, которое начинает напоминать хиггсовский бозон.

21 июля на сайте ЦЕРНа появилась статья коллаборации CMS, в которой сообщается об исследовании дисбаланса в рождении топ-кварков и их антикварков на Большом адронном коллайдере (топ–антитоп-асимметрия). И вот сейчас, после обработки статистики, отвечающей интегральной светимости 1,09 fb^–1, коллаборация CMS сообщает, что никакой аномально сильной асимметрии она не видит.

Уже первый день ключевой конференции года по физике элементарных частиц EPS-HEP 2011 принес интересные результаты. Вот краткое перечисление некоторых из них.

Wjj-аномалия. Коллаборация CDF подтверждает, что она по-прежнему видит Wjj аномалию. Другая коллаборация, работающая на Тэватроне, — DZero — подтверждает свое недавнее заявление, что она аномалии не видит. Оба результата довольно сильны по своей статистической значимости (свыше 4 стандартных отклонений). Это значит, что по крайней мере в одном из двух экспериментов есть неучтенные неопределенности, и потребуется дальнейшая работа, чтобы докопаться до истины. Первые проверки коллаборации ATLAS этой аномалии не показали.

Поиск отклонений от Стандартной модели. Коллаборации ATLAS и CMS представили свои результаты по поиску частиц и эффектов, выходящих за рамки Стандартной модели. При чисто адронном поиске (то есть в событиях рождения нескольких адронных струй) отклонений не видно вплоть до масс порядка 3–4 ТэВ. В каналах с участием лептонов и фотонов ограничения на массы гипотетических частиц составляют около 1 ТэВ.

Пик при 327 ГэВ. Неожиданный результат был обнародован коллаборацией CDF. При изучении конечных состояний с четырьмя лептонами (а конкретно, при изучении рождения двух Z-бозонов и их распадов на лептонные пары) было найдено некоторое превышение над предсказаниями Стандартной модели: все критерии отбора прошли 8 событий, хотя Стандартная модель предсказывает лишь 4. Более того, оказалось, что 4 из 8 событий имеют инвариантные массы в очень узком интервале вблизи 327 ГэВ и показывают необычные распределения по поперечному импульсу. В том же самом докладе было, впрочем, отмечено, что ничего подобного не наблюдается в распадах ZZ на два лептона и две адронных струи. Всего этого уже достаточно для того, чтобы заговорить еще об одной загадке Тэватрона, которая потребует объяснения. Впрочем, и здесь первые данные LHC не подтверждают аномалии: появившаяся буквально вчера статья коллаборации ATLAS ни о чём необычном не сообщает.

Поиск хиггсовского бозона. В первый день работы конференции были показаны лишь новые результаты Тэватрона в некоторых конкретных каналах распада. Ничего принципиально нового пока не прозвучало. Завтра ожидаются объединенные результаты Тэватрона, а также сообщения о поиске хиггсовского бозона на LHC.

Поиск суперсимметрии. Был представлен доклад по поиску суперсимметрии на детекторе ATLAS, в том числе в некоторых каналах на статистике 1 обратный фемтобарн. Проявлений суперсимметричных частиц найдено не было; ограничения на массу суперсимметричных частиц достигают уже 1 ТэВ.

21 июля во французском Гренобле стартовала главная конференция года по физике элементарных частиц: Europhysics Conference on High-energy Physics 2011. Научная программа конференции очень обширна; она организована по нескольким параллельным секциям. Наибольшее внимание, по-видимому, будет приковано к докладам на секции, посвященной поиску хиггсовского бозона и Новой физики — на ней ожидаются первые презентации LHC третьей волны результатов, полученных на статистике около одного обратного фемтобарна, а также новые результаты с коллайдера Тэватрон. Многие доклады уже выставлены онлайн.

Большой адронный коллайдер продолжает наращивать обороты. Свидетельством тому является сразу несколько технических достижений, которых техникам удалось добиться на прошлой неделе. Так, в понедельник 27 июня в ходе одного-единственного сеанса работы была набрана рекордная интегральная светимость — 62 pb^–1 в детекторе ATLAS и свыше 60 pb^–1 в детекторе CMS, — что в полтора раза превышает всю статистику 2010 года. Во вторник был проведен успешный сеанс работы, при котором циркулировало по 1380 сгустков — тоже рекордное число — в каждом из двух протонных пучков.

Затем, начиная со среды, набор данных прекратился, и техники в течение нескольких дней тестировали работу ускорителя в режиме еще большей интенсивности. Напомним, что проектное количество сгустков в LHC — 2808, следовать один за другим они должны с интервалом 25 нс. Переход к такому режиму работы сопряжен с инструментальными трудностями, и в 2010 году «временной зазор» был втрое больше — 75 нс. В апреле этого года удалось успешно перейти к интервалу 50 нс, что позволило уже тогда побить рекорд Тэватрона по светимости адронных коллайдеров. И вот сейчас специалисты впервые протестировали работу ускорителя с проектной плотностью сгустков. В среду было успешно запущено вплоть до 228 сгустков с интервалом 25 нс сразу в обоих пучках. На этом этапе пока тестировалась лишь инжекция пучков из предварительного ускорителя в основное кольцо LHC и синхронизация между ускорителями; о стабильной циркуляции пучков речь пока не шла.

В среду же был поставлен и другой рекорд. Специалисты смогли уместить вплоть до 260 млрд протонов в одном сгустке, что вдвое превышает проектное значение. При этом пучки не расплывались, а успешно удерживались в нужных границах (более того, эмиттанс, величина, характеризующая размытие пучка в поперечном направлении, была даже вдвое лучше проектной). Наконец, на прошедшей неделе было также проверено сжатие пучков до рекордных значений параметра β*, равного 0,30 м (что тоже лучше проектного значения).

Всё это означает, что настройка коллайдера идет очень хорошо, и в чём-то даже лучше, чем планировалось изначально. Если эти успехи будут взяты на вооружение в ближайшее время, можно будет рассчитывать на еще более быстрые темпы накопления статистики в 2011 году.

28-29 июня на Большом адронном коллайдере прошел специальный сеанс работы с расфокусированными пучками. В обычном режиме работы стараются достичь максимальной фокусировки пучков для того, чтобы увеличить вероятность столкновения частиц. Качество фокусировки характеризуется параметром β*, и чем он меньше, тем сильнее сжаты пучки (подробности см. в новости Специалисты научились сжимать пучки лучше, чем в прошлом году). В начале каждого рабочего цикла ускорителя стартовое значение β* равно 11 метрам, однако затем его уменьшают до 1,5 м и только после этого пучки приводятся в столкновение.

Однако у фокусировки есть и важный недостаток: чем она резче, тем сильнее пучки расходятся после точки фокуса. Это значит, что если мы хотим измерять рассеяние протонов на очень малые углы (а это полезно для изучения теории сильных взаимодействий), то слишком сильная фокусировка будет мешать: ведь слегка отклонившийся протон будет по-прежнему лететь внутри расходящегося пучка. Для того чтобы заметить такой протон, надо, наоборот, добиться минимальной расходимости пучков, а значит, повысить параметр β*. В идеале этот параметр надо поднять выше 1000 м, но для начала было решено провести короткий сеанс работы на β* = 90 м. Переход прошел успешно, и в результате в течение некоторого времени на LHC происходили столкновения расфокусированных протонных пучков. На LHC имеются специальные детекторы (TOTEM и ALFA), оптимизированные для работы при таких параметрах, которые набрали свои первые данные в таком режиме работы.

В начале 2010 года перед физиками-ускорительщиками была поставлена задача-минимум на 2010–2011 годы: набрать полную светимость 1 обратный фемтобарн. В 2011 году интенсивность пучков росла ударными темпами, и 14 июня светимость, набранная ATLAS и CMS за 2010–2011 годы, превысила 1 fb^–1. Таким образом, задача-минимум на 2010–2011 годы была достигнута.

В итальянском городе Перуджа прошла конференция «Physics at the LHC 2011». Ядром конференции стали десятки докладов с новыми результатами четырех крупных экспериментов, работающих на LHC. Основной вывод докладов таков: Стандартная модель физики элементарных частиц по-прежнему хорошо описывает данные и существенных отклонений от ее предсказаний пока не видно.

В последнем выпуске Бюллетеня ЦЕРНа вышла заметка про эксперимент HiRadMat, который будет изучать радиационную стойкость материалов и отдельных компонентов будущих ускорителей. Через эту установку, собранную в одном из туннелей на территории ЦЕРНа, будет проходить протонный или ионный пучок из ускорителя SPS и попадать на специально приготовленную мишень. Физики будут изучать, как изменяются механические и структурные свойства материалов при поглощении очень больших доз радиации.

Это исследование имеет прямое отношение к ускорителям высоких энергий — как к самому LHC, модернизация которого намечена в ближайшие годы, так и к будущим проектам. Протоны высокой энергии и порожденные ими вторичные частицы представляют собой жесткую радиацию, которой подвергаются все компоненты ускорителя и детекторов. Однако некоторые наиболее близкие к пучку детали ускорителя получают исключительно высокую дозу радиации — прежде всего коллиматоры, которые вдвигаются внутрь вакуумной трубы и «чистят» пучок, поглощая сбившиеся с орбиты частицы. Проект HiRadMat как раз будет изучать в контролируемых условиях поведение коллиматоров и других элементов конструкции ускорителя «под лучом». Установка уже собрана и готовится к эксплуатации. Первые эксперименты запланированы на октябрь 2011 года. Более подробную информацию можно найти на странице проекта.

Два месяца назад эксперимент CDF, работающий на американском коллайдере Тэватрон, сообщил о заметном отличии данных по рождению W-бозона и двух струй от предсказаний Стандартной модели («Wjj-аномалия»). Неделю назад был обнародован новый анализ этой же экспериментальной группы, который только усилил расхождение. Однако для того, чтобы всерьез говорить о наблюдении новой частицы, требовалось подтверждение этого эффекта другим детектором с того же коллайдера — DZero. 10 июня на специальном докладе были обнародованы результаты этого анализа. Оказалось, что эксперимент DZero не подтверждает Wjj-аномалию; его результаты находятся в хорошем согласии со Стандартной моделью. Подробности исследования и саму статью DZero можно найти на этой странице. Статья появится в архиве препринтов 13 июня.

Два месяца назад коллаборация CDF сообщила о том, что при рождении W-бозона и двух адронных струй (сокращенно «jj») проступает небольшое отклонение от предсказаний Стандартной модели («Wjj-аномалия»). На проходящей сейчас конференции Rencontres de Blois в докладе Giovanni Punzi был среди прочего представлен и новый анализ Wjj-аномалии, проведенный на существенно большей статистике.

С 5 по 11 июня в итальянском городе Перуджа пройдет одна из ключевых конференций этого лета по физике элементарных частиц — Physics at LHC 2011. Это уже шестая по счету конференция, целиком посвященная научным исследованиям на Большом адронном коллайдере. Если первые встречи из этой серии (стартовавшей в далеком 2003 году) касались только планов на будущее, то на прошлогодней конференции уже были показаны первые результаты работы LHC. С тех пор статистика, набранная детекторами, возросла многократно. Если за весь 2010 год была накоплена интегральная светимость около 40 pb^–1, то к настоящему моменту светимость перевалила уже за 500 pb^–1 и продолжает расти всё более быстрыми темпами (каждую неделю-две ЦЕРН рапортует об очередном рекорде пиковой светимости). Поэтому ключевым вопросом сейчас является то, какую часть этой статистики экспериментальные группы успеют обработать к началу конференции. Ее научная программа очень обширна, однако многие из докладов по-прежнему базируются лишь на данных 2010 года. Впрочем, аннотации к некоторым презентациям позволяют надеяться и на существенно новые результаты.

Большой адронный коллайдер в его нынешней конфигурации может работать в двух режимах: как протон-протонный коллайдер и как коллайдер тяжелых ядер (на LHC для этих целей используются ядра свинца). Однако уже достаточно давно обсуждается возможность реализовать на LHC и столкновения протонов с ядрами. Польза от такой асимметричной конфигурации заключается в том, что протон-ядерные (pA) столкновения по своей сложности лежат посередине между протон-протонными (pp) и ядерно-ядерными (AA) столкновениями. В pA-режиме уже будут видны эффекты, возникающие из-за коллективного взаимодействия одного протона сразу с несколькими протонами и нейтронами из ядра, но картина будет еще не столь запутанной, как в AA-режиме. Даже краткий сеанс работы в pA-моде будет очень полезен при расшифровке ядерных столкновений и изучении свойств кварк-глюонной плазмы.

Несмотря на то что протон-ядерный режим работы принимался во внимание тремя детекторными коллаборациями — ATLAS, CMS и ALICE, — ситуация до сих пор остается на стадии предварительных обсуждений. На днях в архиве электронных препринтов появился обзор Proton-Nucleus Collisions at the LHC: Scientific Opportunities and Requirements, в котором еще раз обсуждается техническая осуществимость этого проекта и ключевые моменты его научной программы.

Ключевая задача Большого адронного коллайдера — нащупать в эксперименте так называемую «новую физику», некий новый пласт устройства нашего мира, гораздо более фундаментальный, чем старая добрая Стандартная модель. Теоретики уже построили большое количество теорий-кандидатов, которые могли бы прийти на смену Стандартной модели, но реализуется ли какая-нибудь из них в природе — неизвестно. Разумеется, не исключен и вариант, что в основе микромира лежит какая-то совсем иная модель, на которую теоретики еще не «натолкнулись». Поэтому когда экспериментаторы будут искать проявления новой физики в данных LHC, они не должны ориентироваться только на предсказания каких-то определенных теорий, а должны быть способны углядеть любые нестандартные эффекты.

В этой ситуации стратегии поиска полезно классифицировать не в соответствии с теориями (поиск суперсимметрии, поиск дополнительных взаимодействий и т. д.), а в соответствии с «сигналами» — например, поиск резонансов в таких-то каналах, поиск событий рождения нескольких топ-кварков, поиск многолептонных событий и т. п. Когда экспериментаторы будут вести подобную обработку статистики, они будут делать выводы не столько о каких-то конкретных теориях, сколько о широких классах моделей с тем или иным характерным отклонением от Стандартной модели. Такие простые промежуточные модели будут служить посредниками между экспериментальными данными и конкретными теориями.

В вышедшем на днях препринте большого коллектива физиков как раз предлагается подробная классификация этих простых моделей. Статья подводит итог обсуждений на прошлогодней конференции Topologies for Early LHC Searches, а также является выжимкой из материалов, размещенных на специальном сайте, посвященном поиску новой физики на LHC.

На сайте ЦЕРНа появилась возможность в удобном формате просматривать статистику по каждому научному сеансу работы Большого адронного коллайдера. Вся эта информация собрана и обновляется на странице LHC Performance and Statistics.

Сеанс работы («fill») представляет собой один рабочий цикл, в ходе которого новые пучки впрыскиваются в основное кольцо LHC, чистятся, стабилизируются, разгоняются до требуемой энергии и затем сталкиваются друг с другом в течение нескольких часов. На странице статистики можно найти информацию про каждый такой цикл: время работы, схема заполнения пучка сгустками, пиковая и накопленная за сеанс светимость и т. д. Все циклы имеют сквозную нумерацию и удобно сгруппированы по годам и по энергиям частиц. Технические сеансы работы, во время которых производилась отладка машины, в статистику не включены.

Недавно в физической блогосфере распространился слух о том, что в статистике, набранной детектором ATLAS в 2011 году, якобы начинает проявляться хиггсовский бозон. Коллаборация ATLAS в срочном порядке провела настоящую обработку новых данных в том конкретном процессе (распад хиггсовского бозона на два фотона), о котором шла речь. Результаты этой обработки появились на сайте ATLAS 8 мая.

В пятницу 6 мая в ЦЕРНе состоится научное совещание, посвященное одному из недавних загадочных результатов Тэватрона — неожиданно сильной асимметрии между направлениями вылета топ-кварков и их антикварков (подробности см. в сообщении Любопытные новости с Тэватрона). Теоретических статей, объясняющих этот результат в рамках тех или иных гипотетических моделей, появилось уже немало. Многие из них умудряются одновременно с асимметрией описать и другой недавний результат Тэватрона. Однако именно новые эксперименты, в том числе и на LHC, должны вначале подтвердить наличие этой аномалии, а затем выбрать, какая из гипотез ближе к реальности.

Как мы уже писали, тонкость ситуации тут состоит в том, что на LHC непосредственно измерить эту асимметрию будет очень трудно — ведь это протон-протонный коллайдер, а не протон-антипротонный, как Тэватрон. Однако если большая асимметрия вызвана какими-то новыми частицами или силами, Большой адронный коллайдер обязательно заметит какие-то иные их проявления. Какие именно — это и будет обсуждаться на совещании; его научная программа уже доступна онлайн.

На днях в архиве электронных препринтов появилась статья коллаборации LHCf с первыми научными результатами этого эксперимента. Напомним, что LHCf — это специальный маленький детектор, который работал в самые первые недели после запуска Большого адронного коллайдера и был демонтирован, как только светимость ускорителя стала серьезно возрастать. Этот детектор измерял поток и энергетическое распределение нейтральных частиц (фотонов, нейтронов, нейтральных мезонов), которые рождались в столкновениях протонов и летели практически вперед, под очень малыми углами к оси столкновения. Научная задача этого эксперимента — проверить, насколько эффективно рождаются нейтральные частицы в направлении «вперед», и благодаря этому улучшить модели развития широких атмосферных ливней, которые сейчас используются при изучении космических лучей. Повышение точности этих моделей должно привести к лучшему пониманию того, откуда вообще берутся космические лучи высоких энергий, какие процессы происходят в тех или иных астрофизических объектах.

Ключевая величина, изучавшаяся в новой статье, — энергетическое распределение фотонов в области от нуля до 3,5 ТэВ. Выяснилось, что ни одна из используемых сейчас программ, моделирующих этот процесс, не дает хорошего описания данных во всём диапазоне энергий. Предсказания моделей и реальные данные зачастую расходятся в 2–3 раза, причем с ростом энергии ситуация только ухудшается. Для самой высокой энергии фотонов (от 3 до 3,5 ТэВ) все модели дают предсказания, почти на порядок превышающие данные.

Результаты эксперимента будут уточняться в дальнейшем, прежде всего за счет уменьшения систематической погрешности. Но уже эти первые данные указывают специалистам, описывающим развитие ливней частиц, как надо настроить программы моделирования для более правильного описания процесса.

Три недели назад Большой адронный коллайдер перешел на более интенсивный режим работы: протонные сгустки в каждом пучке начали запускать с интервалом всего 50 наносекунд. Этот переход позволит поднять светимость коллайдера до значений, заметно больше прошлогодних. Неделю назад многие СМИ сообщили о том, что LHC, работая в режиме 480 сгустков на пучок, побил рекорд пиковой светимости на адронных коллайдерах, который ранее удерживал американский ускоритель Тэватрон. Техники, естественно, на этом не остановились и продолжают «наращивать обороты». Вечером 27 апреля в LHC циркулировало 624 сгустка в каждом пучке, а пиковая светимость превышала 7·10³² см^–2·сек^–1. Полная интегральная светимость, набранная в 2011 году, составляет уже 150 pb^–1 (в 4 раза больше, чем набрано в 2010 году) и продолжает расти ускоренными темпами.

В пятницу 22 апреля сразу в нескольких англоязычных блогах, посвященных физике элементарных частиц, вспыхнули бурные обсуждения слухов, что на детекторе ATLAS был якобы обнаружен хиггсовский бозон с массой примерно 115 ГэВ, причем рождающийся и распадающийся на два фотона примерно в 30 раз чаще, чем предсказывалось Стандартной моделью. В этой связи необходимо сказать следующее.

Во-первых, по этому поводу нет никакой официальной информации ни от коллаборации ATLAS, ни из ЦЕРНа. Источником слухов была не статья коллаборации ATLAS, а лишь внутренняя заметка нескольких авторов, направленная остальным участникам эксперимента. Утверждения в этой заметке никем не рецензировались, никем не одобрялись и представляют собой лишь личное мнение ее авторов. Во-вторых, среди авторов есть люди, которые уже неоднократно «хотели увидеть» хиггсовский бозон на предыдущем коллайдере LEP, но эти попытки не проходили внутреннюю рецензию исследовательских групп. В-третьих, совсем недавно коллаборация CDF, работающая на Тэватроне, обнародовала результаты поиска хиггсовского бозона как раз в распаде на два фотона, но на статистике, в сотню раз превышающей статистику LHC. Если бы слухи были верны, бозон Хиггса был бы виден на Тэватроне, но в реальности его там найдено не было.

Всё это означает, что на данный момент нет никаких оснований воспринимать эти слухи всерьез.

В архиве электронных препринтов появился короткий 11-страничный обзор результатов работы Большого адронного коллайдера в 2010 году. Многие из этих результатов мы уже перечислили на странице Результаты работы LHC в 2010 году, но каждый такой обзор тем не менее интересен своим подбором акцентов.

В журнале Physics Reports на днях был опубликован подробный обзор «генераторов событий» для LHC — программных пакетов, позволяющих с помощью численного моделирования симулировать процессы рождения и распада частиц в столкновении протонов. Этот же обзор находится в свободном доступе на сайте электронных препринтов. Именно такие генераторы служат тем реперным пунктом, с которым физики сравнивают реальные данные и делают выводы о возможных отклонениях от стандартной модели. В обзоре вначале обсуждаются общие характеристики таких пакетов: моделирование начального этапа столкновения, затем расщепление энергетичных кварков и глюонов на вторичные частицы, развитие ливня партонов и, наконец, процесс адронизации. Затем описаны основные особенность нескольких конкретных генераторов событий, подчеркнуты их сильные и слабые стороны.

В четверг 24 марта на LHC начались столкновения протонов с энергией 1,38 ТэВ. Это значение меньше той энергии, на которой коллайдер работал до сих пор (3,5 ТэВ), но больше энергии, с которой протоны впрыскиваются в основное ускорительное кольцо коллайдера (0,45 ТэВ). Это промежуточное значение было выбрано с тем расчетом, что именно такая энергия приходится на каждый протон и нейтрон при столкновении ядер свинца на LHC. Дело в том, что, когда физики изучают столкновения тяжелых ядер, они зачастую не просто измеряют какие-то величины, а сравнивают эти значения с результатами столкновений отдельных протонов ровно на той же скорости. Именно такое сравнение позволяет заметить отличие ядер от отдельных протонов, а значит, и исследовать многие коллективные эффекты в столкновении ядер. Столкновения ядер с энергией 1,38 ТэВ в расчете на каждый нуклон на LHC уже проводились, а столкновений отдельных протонов еще не было. Поэтому до сих пор протонные данные приходилось интерполировать между большими и малыми энергиями, что служило дополнительным источником погрешности. Сейчас же физики получат возможность устранить эту погрешность и тем самым сделать исследования кварк-глюонной плазмы более точными.

Предполагается, что работа на промежуточной энергии продлится несколько дней. После этого энергия протонов на LHC будет вновь поднята до 3,5 ТэВ и продолжится наращивание интенсивности пучков.

Вечером 13 марта на Большом адронном коллайдере впервые в этом году начались столкновения стабильных протонных пучков. Протоны разогнаны до рабочей энергии 3,5 ТэВ, пучки сжаты (значение параметра beta* = 1,5 метра). Сейчас столкновения ведутся всего с тремя сгустками, и потому светимость пока невелика — чуть выше 10³⁰ см^–2·сек^–1. Однако в ближайшую неделю или две количество сгустков, а значит и светимость, возрастет в несколько сот раз, и тогда коллайдер будет еженедельно набирать больше статистики, чем за весь 2010 год. За ходом столкновений, как обычно, можно наблюдать через онлайн-монитор LHC Page1.

Многие научные центры, изучающие элементарные частицы, уделяют большое внимание объяснению для широкой публики целей и результатов своих исследований. Один из важных компонентов этой деятельности — организация мероприятий для школьников. Эти мероприятия не ограничиваются одними лишь лекциями, а часто включают интерактивные занятия, позволяющие школьникам самим погрузиться в мир настоящих научных исследований.

В этом году, с 4-го по 26 марта, пройдет седьмое международное онлайн-мероприятие Hands on Particle Physics Masterclasses для школьников. В режиме видео-конференции они будут анализировать настоящие научные данные, полученные в прошлом году детекторами ATLAS, CMS, и ALICE, и попытаются самостоятельно или при помощи модераторов проделать некоторые из тех шагов, которые уже сделали ученые в своей реальной работе. В частности, школьники попытаются найти Z-бозон в данных, заметить рождение странных частиц и попытать счастье в поисках следов рождения и распада хиггсовского бозона.

Ожидается, что в мероприятии примут участие примерно 6 тысяч школьников из 24 стран. Детальное расписание и список групп приведены на сайте мероприятия. Групп из России в расписании, к сожалению, нет.

На днях в некоторых СМИ прошла информация о том, что на Большом адронном коллайдере были установлены первые ограничения на массу хиггсовского бозона. Если верить, например, заметке на сайте «Лента.ру», перепечатанной и другими изданиями, то выходит, что LHC на мизерной статистике единым махом перекрыл все достижения Тэватрона. Если Тэватрон к настоящему времени «закрыл» диапазон масс хиггсовского бозона от 158 до 175 ГэВ, то данные LHC, как утверждается в заметке, «закрывают» интервал масс от 144 до 207 ГэВ.

Это утверждение, конечно, неверно. Как мы писали в нашей новости, имеющиеся на сейчас данные не позволяют пока «почувствовать» хиггсовский бозон Стандартной модели. Никакого ограничения на его массу LHC сейчас дать не может — для этого потребуется набрать в несколько раз больше статистики. Однако имеющиеся уже сейчас данные позволяют исключить варианты теорий, в которых «в нагрузку» к хиггсовскому бозону той или иной массы постулируется существование новых тяжелых кварков. Новые тяжелые кварки резко усиливают интенсивность, с которой бозон Хиггса «цепляется» за глюоны, а значит, резко (почти на порядок!) увеличивается сечение его рождения на LHC.

Коллайдер этот эффект не видит, и полученный (отрицательный) результат можно сформулировать двояко. Если хиггсовский бозон с промежуточной массой существует в природе, то это значит, что новые тяжелые кварки существовать не могут. Либо наоборот, если предположить, что новое поколение кварков существует, то хиггсовский бозон не может лежать в области масс от 144 до 207 ГэВ. (Разумеется, возможет также и случай, при котором нет ни четвертого поколения кварков, ни хиггсовского бозона нет.) Аналогичный, но более сильный результат получил в свое время и Тэватрон.

Иными словами, нынешние данные LHC показывают, что хиггсовский бозон средней массы не может «уживаться» с гипотезой о новых кварках, но без этой гипотезы они его никак не ограничивают.