|
 Rewiever
Четверг, 04 Июля 2024 г. 23:40 (ссылка)
Как искали Бозон Хиггса
4 июля 2012 года в Женеве состоялся научный семинар, который подытожила следующая за ним пресс-конференция. Руководство ЦЕРНа огласило обобщенные результаты поиска бозона Хиггса, полученные в ходе обработки экспериментальных данных за 2011-2012 годы. С очень большой вероятностью неуловимая частица найдена. О том, как происходили поиски бозона Хиггса, и в чем заключается важность открытия, рассказали сотрудники ФИАН, участвующие в двух главных экспериментах Большого Адронного Коллайдера (БАК) - CMS и ATLAS.
В результате столкновения протонов во встречных пучках Большого Адронного Коллайдера рождается множество вторичных частиц. Среди них есть относительно долгоживущие частицы, которые могут пролететь сантиметры и метры, а есть короткоживущие, которые, практически не успев отойти от точки своего рождения, распадаются на другие частицы. Бозон Хиггса - крайне короткоживущая частица, она живет ничтожно короткое время и очень быстро распадается. Вариантов распада, или как их называют специалисты, каналов распада, довольно много. Например, в одном случае "частица Бога" может распасться на два Z-бозона (которые в дальнейшем распадаются на 4 лептона), в другом - на два гамма-кванта. Это вероятностный процесс, поэтому предсказать заранее, на какие частицы в каждом конкретном случае распадется искомый бозон, нельзя.
"Детекторы на БАКе не могут зарегистрировать бозон Хиггса напрямую, но продукты его распада, которые живут достаточно долго для того, чтобы быть зарегистрированными, могут. Например, лептоны, на которые распадаются Z-бозоны. Однако, и в этом заключается одна из основных проблем, те же самые частицы, на которые распадается Хиггс, могут быть рождены и в результате совершенно других процессов, которые к Хиггс-бозону никакого отношения не имеют. И таких процессов гораздо больше, чем процессов с рождением и распадом бозона Хиггса", - рассказывает участник эксперимента ATLAS, старший научный сотрудник ФИАН, кандидат физ.-мат.наук Владимир Тихомиров.
Однако когда на руках у археологов имеются найденные спустя много лет кусочки древней вазы или другой диковинной вещи, они могут восстановить её внешний вид. Так и здесь, имея в арсенале массы и энергии частиц - продуктов распада, ученые могут восстановить массы родительских частиц, в результате распада которых они образовались. Но тут вновь загвоздка. Дело в том, что теория, в рамках которой предсказывается существование бозона Хиггса, - Стандартная Модель, - массу этого бозона не предсказывает.
Решение этой проблемы следующее. Ученые строят распределение масс частиц, то есть число событий, в которых рождаются частицы с определенными массами, восстановленными по характеристикам возможных продуктов распада, например, пары гамма-квантов. Большинство событий в этом распределении являются фоновыми, поскольку бОльшая часть регистрируемых пар никакого отношения к бозону Хиггса не имеет. Но если среди всех этих пар гамма-квантов действительно есть те, которые являются результатом распада искомого бозона, то эти пары, с точностью до аккуратности измерений, будут каждый раз давать одну и ту же массу. Тогда на фоновом распределении, составленном из случайных событий, в районе массы искомой частицы будет наблюдаться некий избыток событий в виде дополнительного пика.
Такое же распределение можно построить и для других возможных каналов распада Хиггс-бозона. И если на нем обнаружится пик с тем же значением массы, что и на предыдущем, то это будет свидетельствовать в пользу явной закономерности, за которой, вполне вероятно, кроется бозон Хиггса. Для того, чтобы определить, насколько вероятно, что мы действительно имеем дело с продуктами распада бозона Хиггса, а не со статистическими флуктуациями, привлекают теорию вероятности. Для определения степени достоверности результата ученые должны определить, с какой вероятностью можно случайным образом получить такой же избыток событий в виде дополнительного пика, выходящего за рамки фонового распределения.
Степень статистической достоверности результата принято указывать в количестве так называемых сигма, которые характеризуют размах распределения вероятностей. Чем больше сигм, тем меньше вероятность того, что событие уйдет за пределы распределения случайным образом. Например, для 3 сигма такая вероятность составляет примерно 0.3%, то есть случайно такое возможно примерно в трех случаях из тысячи. Результатом, достойным доверия, в научном сообществе договорились считать только тот результат, который соответствует 5 сигма и больше. Что касается бозона Хиггса, то согласно представленным совместным результатам экспериментов CMS и ATLAS, вероятность того, что избыток событий в одной и той же области масс будет случайным образом получен в результате обработки данных о распаде как на два Z-бозона, так и на два гамма-кванта, меньше 10-6, что соответствует 5 сигма. При этом наиболее вероятное значение массы бозона Хиггса равно примерно 126,5 ГэВ - согласно данным коллаборации ATLAS, и 125,3±0,6 ГэВ - согласно данным CMS.
"Важность открытия бозона Хиггса определяется тем, что это - единственная из еще не найденных частиц в так называемой Стандартной модели, описывающей взаимодействия всех известных частиц во Вселенной. Более того, она играет специальную роль, определяя массы всех других частиц, движущихся в хиггсовом поле. Тем самым, находится объяснение загадке столь различных масс, начиная от нейтрино и заканчивая топ-кварком", - комментирует участник коллаборации CMS, главный научный сотрудник ФИАН, доктор физ.-мат.наук Игорь Дремин.
Rewiever
Понедельник, 21 Августа 2023 г. 23:38 (ссылка)
Страничка № 320
/Цикл "Странички архивариуса", 320 - порядковый номер выпуска в стандарте 4 полосы А4/
 К завершению последнего летнего месяца к печати были подготовлены материалы по событиям текущей научной жизни ИФВЭ всего сезона. Надо сказать, жизни довольно активной - а посему в восьмистраничном выпуске ( № 5-6 /319-320 от 20.08.2003) большую часть газеты заняли именно сюжеты по основной деятельности Института физики высокой энергий.
То есть по физике - и начиная с титульной полосы, с переходом на следующую (заголовок передовой статьи выполнен в формате рисунка, см. ):
- «Теоретики заглядывают в будущее...» (стр. 1-2) - «По традиции в начале июля в Протвино состоялся традиционный Международный семинар по фундаментальным проблемам физики высоких энергий и теории поля. На 26-ю такую встречу собрались теоретики преимущественно из России (Москва, Протвино, Дубна, Санкт- Петербург), а также из Англии, Франции и США, и в течение 3 дней говорили о «сокровенном». А именно о том, откроет ли «частица бога», или бозон Хиггса, свою тайну американцам. В силу объявленной на сей раз тематики семинара («пространственно - временные структуры в микро- и макрокосмосе») собравшиеся теоретики изящно оперировали понятиями, выходящими далеко за рамки обыденных представлений о пространстве и времени.
 Не случайно в своих комментариях к происходящему один из «хозяев поля», заместитель начальника теоретического отдела ГНЦ ИФВЭ профессор Владимир Петров заметил, что физики сейчас подходят к пониманию того, что даже бывшие уделом писателей-фантастов представления о "путешествиях во времени" не так уж беспочвенны. Что интересно - усложнение представлений о сокрытых пока тайнах мироздания происходит не вопреки, а благодаря попыткам ученых «навести порядок» в накопленных экспериментальных результатах и теоретических разработках.
Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий - подтверждение или опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году шотландским физиком Питером Хиггсом экзотичной субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса (Higgsboson, Н) по сути, единственного недостающего звена Стандартной модели элементарных частиц. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны)...».
К сожалению, рамки обзорной Странички не позволяют дать полный текст этой газетной статьи, но у нас есть возможность сделать это в блоге обозревателя (см. здесь).
Кстати, более лаконичный вариант этого сюжета был предложен автором месяцем ранее в научную подборку газеты «Известия», где и был опубликован под созвучным названием «Физикам нужен бозон Хиггса», так что его имела возможность прочитать вся страна. Помню даже, что на известинском сайте с течением времени развязалась даже было некоторая дискуссия, но ... в середине "нулевых" редакционная политика этой прежде уважаемой многими газеты резко изменилась, в том числе и в отношении сайта и его архивов...
Но вернёмся к "Ускорителю", где ещё больше места занимает следующая научная статья:
 - «Проверяем СР-чётность» (стр. 3-5) - Решение о создании Нейтринного детектора (НД) было принято совместно с ОИЯИ в конце 1979 года. В 1985 году начался монтаж детектора на месте и его наладка, где существенный вклад внес коллектив СНЭО ОИЯИ. НД проектировался для решения широкого спектра физических задач. Главной из них являлось изучение нейтринных взаимодействий в области энергий 1-30 ГэВ. Эта область энергий представляет интерес для изучения как процессов упругого и квазиупругого рассеяния нейтрино, так и процессов глубоко- неупругого рассеяния с передачами импульса до 30 ГэВ/с2.
НД представляет собой крупномасштабную установку калориметрического типа, состоящую из секционированного жидко-сцинтилляционного калориметра (весом 100 тонн), прослоенного дрейфовыми камерами (ДК), и магнитного спектрометра из намагниченной стали. Магнитный спектрометр состоит из оконечного мюонного спектрометра, состоящего из тороидальных электромагнитов диаметром 4 м, и магнитной оболочки из 36 рамных магнитов, окружающих мишенную часть. Для регистрации треков мюонов используются дрейфовые камеры.
 Для сцинтилляционного калориметра была разработана оригинальная конструкция жидко-сцинтилляционного счетчика (ЖСС) длиной 5 метров и поперечным сечением 30 на 20 кв.см. Необходимое количество жидкого сцинтиллятора на основе уайт-спирита было изготовлено нашими сотрудниками на Баксанской нейтринной станции (город Тырнауз). Большую помощь в его изготовлении оказали сотрудники Института ядерных исследований (А.А. Поманский, Е.Н. Алексеев, Н.А. Алексеенко,А.В. Воеводский и Ю.Я. Марков). Большой объем работ по изготовлению контейнеров для сцинтилляционных счетчиков был выполнен в Опытном производстве ИФВЭ. Перевозку сцинтилляторов из Тырнауза обеспечило АТХ ИФВЭ.
Разработку оригинальной модульной конструкции дрейфовой камеры с большим дрейфовым промежутком (250 мм) выполнила группа сотрудников ИФВЭ во главе с А.А.Борисовым. Изготовление серийной партии из 400 модулей осуществлялось совместно с Опытным производством. Сотрудники ОИЯИ во главе с И.А. Голутвиным и Л.С. Барабашем обеспечили изготовление половины необходимых дрейфовых камер и изготовление электронной аппаратуры к ним. Разработку и изготовление большого объема электронной аппаратуры съема информации с ДК и ЖСС обеспечило Отделение электроники. Создание и функционирование программно-аппаратного комплекса потребовало больших усилий коллектива физиков, программистов и сотрудников ОЭА…».
Подписано: «А.С. Вовенко, кандидат физико-математических наук, начальник лаборатории Отдела нейтринной физики» -
К сожалению, всё те же рамки вынуждают ограничиться приведённым небольшим начальным фрагментом этой трёхстраничной статьи. Видимо, это был несколько упрощённый (для газеты) отчёт руководителя подразделения о проделанной работе по созданию детектора, но уточнить у автора уже нет никакой возможности...
Следующий научный материал сравнительно невелик - "всего" одна полоса (стр. 6) , но весьма сложная вёрстка (В.М. Волчков здесь превзошел самого себя) с обилием фотографий действующих лиц подсказали необычный выход для этих обзоров - дать скан этой страницы в минимально "читабельном" виде. Так что смотрите:
Авторство этой статьи в газете никак не обозначено, но есть все основания предполагать, что столь нестандартные короткие интервью с упором на "человеческий фактор", а не научные подобности, записала выпускающий редактор Лидия Разумова. Разумеется, в этом качестве она "приложила руку и к другим публикациям выпуска...
И это ещё не всё по науке. Некоторую часть стр. 7 занимает лаконичный отчёт о достаточно массовом летнем мероприятии в нашем городе:
 - «Диалог-2003» - «Третий раз подряд Протвино стало местом проведения встречи лингвистов и специалистов по компьютерным технологиям. Мероприятие проводилось 24-й раз, но впервые в статусе международного. На конференцию «Компьютерная лингвистика и интеллектуальные технологии», проходившую в гостинице «Протва» с 11 по 16 июня, прибыло свыше 170 гостей из разных уголков России, а также ближнего и дальнего зарубежья: США, Великобритании, Франции, Болгарии, Литвы.
В качестве организаторов встречи «Диалог-2003» выступили Российская ассоциация искусственного интеллекта, Институт проблем информатики РАН, Филологический факультет МГУ, а также некоторые известные фирмы... Свыше 120 докладов и сообщений было сделано в ходе работы секций «Лексиография, перевод», «Теория коммуникации», «Компьютерная морфология», «Прикладная фонетика», «Синтаксис, морфология», «Тезаурусы, классификация, поиск документов», «Представление знаний». В дискуссиях за «круглым столом» обсуждались проблемы лингвистики и автоматизированного перевода, создание современных словарей и методы информационного поиска... В свое время В.И.Вернадский предсказал появление ноосферы, как сферы разума, объединяющей мыслительные процессы на планете в единое целое. После появления всемирной компьютерной сети приобрел новое измерение диалог человека с машиной, и сейчас даже трудно представить все грани того, что может дать его развитие».
Подписано: «Л.С. Ширшов», активный внештатный автор газеты. К сожалению, в сети этот отчёт отсутствует, а фото события - с сайта МГУ....
Теперь к другим публикациям выпуска. На полосе с предыдущим материалом был размещён также некролог - в связи с кончиной заслуженного жителя города, ветерана ИФВЭ и, кстати, тоже внештатного автора газеты. Вновь даю скан:
Вот на этой печальной ноте и закончим знакомство с последним летним выпуском газеты ИФВЭ . Справедливости ради отмечу, что наличествовали ещё три некрупные публикации из текущей жизни того времени (авторы Л.Семёнов, Д.Балашов и ваш покорный слуга) - но они носили либо отчётно-профсоюзный, либо слегка рекламный характер. Их фактура мало актуальна сегодня - 20 лет спустя...
Будем ждать повода вновь заглянуть в архивный «Ускоритель»и сравнивать с тем, что происходит сейчас...
Rewiever
Среда, 20 Августа 2003 г. 23:42 (ссылка)
Кто откроет бозон Хиггса?
По традиции в начале июля- 2003 в Протвино состоялся Международный семинар по фундаментальным проблемам физики высоких энергий и теории поля. На 26-ую по счету встречу собрались теоретики преимущественно из России (Москва, Протвино, Дубна, Санкт-Петербург), а также из Англии, Франции и США. В течение 3 дней говорили о «сокровенном». А именно о том, откроет ли «частица бога», или бозон Хиггса, свою тайну американским физикам.
 В силу объявленной на сей раз тематики семинара («пространственно - временные структуры в микро- и макрокосмосе») собравшиеся теоретики изящно оперировали понятиями, выходящими далеко за рамки наших обыденных представлений о пространстве и времени. Не случайно в своих комментариях к происходящему один из «хозяев поля», заместитель начальника теоретического отдела ГНЦ ИФВЭ профессор Владимир Петров заметил, что физики сегодня подходят к пониманию того, что даже бывшие уделом писателей-фантастов представления о путешествиях во времени не так уж беспочвенны. Что интересно — усложнение представлений о сокрытых пока тайнах мироздания происходит не вопреки, а благодаря попыткам ученых «навести порядок» в накопленных экспериментальных результатах и теоретических разработках.
Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий — подтверждение или опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году шотландским физиком Питером Хиггсом экзотичной субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса (Higgs boson, Н) — по сути, единственного недостающего звена Стандартной модели элементарных частиц. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны).
Помимо полей, «отвечающих» за тройку фундаментальных взаимодействий (электромагнитное, сильное и слабое), в Стандартной модели предполагается наличие еще одного скалярного поля, которое неотделимо от пустого пространства, не совпадает с гравитационным и называется полем Хиггса (Хиггс в своё время выдвинул гипотезу, что пространство между частицами как бы заполнено тяжелой, вязкой субстанцией). Считается, что все фундаментальные частицы приобретают массу в результате взаимодействия с этим вездесущим полем (тяжелые частицы взаимодействуют с полем Хиггса сильнее, легкие — слабее). В силу корпускулярно-волнового дуализма нолю Хиггса должна соответствовать по крайней мере одна частица — посредник, квант этого поля, собственно бозон Хиггса (бозон — потому что частицы Хиггса подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна). Драматизм ситуации состоит в том, что если «хиггс» будет обнаружен, то заполнится прямо-таки зияющая лакуна в основании Стандартной модели и подтвердится правильность нашего понимания Вселенной (а до сих пор Стандартная модель, в общем-то, не терпела поражений, напротив, получала одно блестящее подтверждение за другим). Но если будет доказано, что бозона Хиггса нет, то это откроет путь для целого ряда альтернативных теорий, давно готовых заменить Стандартную модель, — вплоть до всякой экзотики с «параллельными Вселенными» или «высшими измерениями».
Предыдущие эксперименты показали, что, если мистическая частица действительно существует, то она должна иметь массу между 114 и 211 гигаэлектронвольтами (ГэВ). Кстати говоря, подобных частиц может быть в принципе и сразу несколько... Трудности, стоящие на пути открытия «хиггса» были столь велики, а его предполагаемая роль столь важна, что частица получила ироническое прозвище «частица бога», хотя многих физиков от этого «псевдонима», пущенного для эффектности СМИ, просто коробит.
В 2000 году одна из групп ядерщиков ЦЕРНа уже заявила о том, что им удалось зафиксировать распад «хиггса» с массой 114 ГэВ, но потом исследователи сами же усомнились в своих результатах. Речь идет о серии экспериментов ALEPH (Apparatus for LEP Physics) на LEP (Large Electron Positron Collider) — Большом электрон-позитронном коллайдере, который функционировал в течение 11 лет (с 13 ноября 1989 года по 2 ноября 2000 года) и должен теперь передать эстафету более мощной установке — LHC (Large Hadron Collider) — Большому адронному коллайдеру, введение в строй которого ожидается только в 2007 году. Этот суперколлайдер, рассчитанный на энергию протонов 14 ТэВ, предназначен не только для поиска бозона Хиггса, но и для обнаружения возможных проявлений суперсимметрии, а монтируется он в том же 27-километровом тоннеле, в котором находился LEP.
Казалось, что эта вынужденная отсрочка давала шанс американцам опередить своих европейских коллег и конкурентов: специально для этого был за 260 млн. долларов отреставрирован протон-антипротонный ускоритель Tevatron(«Тэватрон»), принадлежащий Национальной лаборатории высокоэнергетических исследований имени Энрико Ферми (Fermilab, Fermi National Accelerator Laboratory— FNAL) в Батавии (штат Иллинойс). Однако коллайдер, которому исполнилось уже 20 лет, так и не смог забыть свой преклонный возраст и выйти на расчетную мощность, к тому же физиков приводят в уныние длительные периоды обслуживания и ремонта между экспериментами.
Теперь из расписания экспериментов на «Тэватроне», представленного американскому Министерству энергетики (которое финансирует работу коллайдера), выясняется, что самая ранняя дата, когда будет получено конкретное доказательство существования бозона Хиггса (или уточнение энергетических рамок его возможного существования при неудаче), — это 2009 год. Но к тому времени должно уже пройти два года, как войдет в строй более мощный европейский LHC, и на него к тому времени будут обращены взоры всего научного сообщества. К тому же единственное, на что будет способен «старичок» Tevatron к 2009 году — это проверить всё тот же диапазон до 115 ГэВ, уже освоенный «приказавшим долго жить» женевским LEP.
А вот LHC задуман достаточно мощным для того, чтобы изучить оставшуюся часть возможных значений масс частицы вплоть до 211 ГэВ и вывести окончательный вердикт о существовании или несуществовании загадочной частицы.
Опубликовано: газета ИФВЭ "Ускоритель" - 20 августа 2003 г.
Примечание: несколько ранее более краткий вариант текста и прилагаемое фото были опубликованы в «Известиях»
Rewiever
Вторник, 22 Апреля 2025 г. 23:08 (ссылка)
Второй бозон Хиггса?
 Наблюдение в ЦЕРНе ранее предсказанного бозона Хиггса как будто бы завершило эпоху открытий фундаментальных элементарных частиц. На самом же деле вопросов к Стандартной модели (см.) меньше не стало - она может объяснить далеко не все явления. Например, непонятно, почему во Вселенной почти нет антивещества (проблема барионной асимметрии Вселенной), почему нейтрино имеют хоть и ничтожно малую, но ненулевую массу, почему вакуум Стандартной модели выглядит метастабильным (измеренная масса частицы Хиггса лежит в узкой области между границами стабильности и нестабильности вакуума), почему масса бозона Хиггса относительно невелика, хотя ожидаемый вклад от квантовых поправок на очень малых расстояниях, согласно современной теории, должен вести к гигантским значениям этой массы. Наконец, осталась загадкой природа темной материи.
«Есть довольно старая, но всё еще привлекательная идея, что существуют другие бозоны Хиггса, которые влияют на "стандартный". Расширение Стандартной модели хотя бы на одну такую частицу потенциально может "одним махом" объяснить вышеупомянутые несостыковки. На эту тему есть немало работ, однако здесь остро встает вопрос о величине массы второго бозона Хиггса, так как от нее решающим образом зависит то, как именно можно решить имеющиеся проблемы на уровне количественных предсказаний, а также понять, по каким признакам искать такую частицу в экспериментах на Большом адронном коллайдере», - рассказывает автор новой работы Сергей Афонин, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики высоких энергий и элементарных частиц, руководитель лаборатории теории ядра и элементарных частиц имени В. А. Фока Санкт-Петербургского государственного университета.
 Исследователь разработал теоретическую модель, которая позволила предсказать массу второго гипотетического бозона Хиггса. В основе концепции лежит идея о том, что бозон Хиггса может быть составной частицей, части которой очень сильно связаны, наподобие того, как кварки сильно связаны внутри протонов и нейтронов.
Идея «композитного Хиггса» часто используется для решения проблемы стабилизации его массы, обеспечивая «защиту» от быстро растущего вклада квантовых поправок: проще говоря, величина массы стабилизируется размером «внутренних частей». При очень сильной связи «структурных частей» между собой могут появляться некоторые универсальные характеристики, что, при определенных предположениях, позволяет описывать систему без знания конкретной природы этих «частей». В квантовой теории поля на этом основан так называемый голографический подход, изначально возникший в теории струн. Именно в рамках такого подхода и была построена модель. Сначала, в совместной работе исследователя с коллегами, она была успешно протестирована на описании масс известных легких частиц, составленных из кварка и антикварка, где также имеет место сильная связь составных частей, а затем применена к Стандартной модели. Расчеты показали, что второй бозон Хиггса имеет массу примерно в четыре раза больше первого, однако доказать его существование еще предстоит.
 «Современный уровень согласия теории и эксперимента показывает, что частицы Стандартной модели напрямую не взаимодействуют или почти не взаимодействуют с какими-то другими гипотетическими частицами. Исключение составляет бозон Хиггса, для которого пока нет сильных экспериментальных ограничений. Это указывает на то, что из частиц Стандартной модели второй бозон Хиггса, скорее всего, заметно взаимодействует только с известным бозоном Хиггса, поэтому в образовании масс других элементарных частиц не участвует. Тогда эта частица, по определению, не является бозоном Хиггса. Более интригующий вариант: она действительно бозон Хиггса, но не в нашем "светлом" мире наблюдаемых элементарных частиц, а в "темном" мире ненаблюдаемых частиц темной материи. Тогда, если уж прибегать к популярным метафорам, её, вероятно, было бы точнее называть не второй "частицей Бога", а "частицей антипода Бога". Если она существует и физики научатся экспериментально наблюдать её эффекты, то мы как бы приоткроем портал в мир темной материи, находясь в земной лаборатории», — поясняет Сергей Афонин (см.).
Напомним, что в настоящее время эффекты темной материи наблюдают только в космологических масштабах. Например, именно темная материя ответственна за своего рода «хаос» в наблюдаемых законах движения звезд во многих галактиках. Причем, по современным данным, её общая масса почти в пять раз превышает массу обычной материи.
«Довольно неожиданным в предсказанном значении массы второго бозона Хиггса стало то, что она практически в точности соответствует максимальной вероятности распада такой частицы на топ-кварк и топ-антикварк — самых тяжелых частиц в нынешней Стандартной модели. При этом масса обычного бозона Хиггса соответствует максимальной вероятности распада на глюоны — переносчики сильного взаимодействия, являющиеся, как и фотон, безмассовыми векторными бозонами. В будущем было бы интересно исследовать подмеченное соответствие, что могло бы дать новые, независимые аргументы в пользу существования второго бозона Хиггса с предсказанной массой, а следовательно, сильнее мотивировать физиков к его целенаправленному поиску в планируемых экспериментах на Большом адронном коллайдере», — подводит итог Сергей Афонин.
Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Physics Letters
Rewiever
Вторник, 25 Октября 2022 г. 22:31 (ссылка)
из архива"Ускорителя"
Три жарких дня в ОТФ : от бозона Хиггса до чёрных дыр
После семилетнего перерыва в Отделе теоретической физики ИФВЭ возобновилась знаменитая «логуновская» серия международных совещаний по проблемам физики высоких энергий.
26-28 июля с.г. прошло очередное, XXIX, совещание под названием «Актуальные проблемы физики и астрофизики частиц, гравитации и космологии».
За три дня учёными из России, США, Великобритании, Франции, Испании, Польши, Индии и Австралии было сделано 35 докладов. Были представлены новейшие экспериментальные данные по бозону Хиггса, кварк-глюонной плазме и другим явлениям в столкновениях тяжёлых ионов, осцилляциям нейтрино, поиску суперсимметрии и другой экзотики, астрономические наблюдения с целью выявления кандидатов в чёрные дыры, тёмной энергии и тёмной материи.
Докладчики, помимо ИФВЭ, представляли широкий спектр известных центров физики высоких энергий: ЦЕРН, Лаборатория им. Ферми, Брукхейвенская национальная лаборатория, Национальный ускорительный центр им. Джефферсона и др..
Организаторы Совещания ввели новый элемент: общие обсуждения (т. н. “Panel Discussions”) после каждой тематической сессии. Это было сделано с целью повысить уровень критических обсуждений, и, судя по всему, это вполне удалось.
Совещание прошло в очень динамичном режиме, выявлены и обсуждены насущные проблемы этой области физики, что, будем надеяться, даст дополнительный творческий импульс его участникам.
В. А. Петров, начальник ОТФ, Член Оргкомитета Совещания
Фото: Шарыкина Н.В. Опубликовано:"Ускоритель" № 2 (422), август 2013
 lj_matveychev_oleg
Вторник, 13 Сентября 2022 г. 11:00 (ссылка)
Отвечаем на глупые вопросы: что он открыл, почему там нет "н" и кто за все платит
Одна из главных новостей в начале июля в науке: большой адронный коллайдер заработает с рекордной мощностью в 13,6 трлн электронвольт. Процесс будет запущен с 5 июля.
Коллайдер – адронный или андронный – как вообще правильно
Правильно без буквы "н" – адронный. Название произошло от греческого слова "адронос" – "тяжелый". Сам коллайдер – это ускоритель тяжелых заряженных частиц (адронов).
Большой адронный коллайдер простыми словами. Для чего он нужен – самое простое объяснение
В физике есть теория о взаимодействии элементарных частиц под названием "Стандартная модель". Коллайдер помогает в изучении частиц. Он разгоняет их до скорости, которая близка к скорости света. Они сталкиваются друг с другом, а ученые за этим наблюдают. Некоторые частицы образуются только лишь там, исходя из условий, которые создает им коллайдер.
Ученые получают или какие-то интересные эффекты, или даже новые неизвестные науке частицы. Открытия с помощью коллайдера позволяют получить больше понимания, как устроен мир и какие супертехнологии можно создать в будущем.
Масштабы большого адронного коллайдера – насколько он велик и где располагается
Тут несколько цифр:
- В строительстве и исследованиях участвовали более десяти тысяч ученых и инженеров из более чем сотни стран.
- Диаметр туннеля – 27 км, протяженность – около 100 км.
- Он располагается около Женевы на границе Швейцарии и Франции.
 Почему перед запуском коллайдера была паникаКоллайдер был запущен 10 сентября 2008 года. Перед этим в медиа активно шло обсуждение: такие эксперименты вызовут черную дыру, которая поглотит сначала само устройство, а потом и всю планету. Почему это было нереально – объяснял директор НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ Эдуард Боос. На Землю из космоса ежедневно прилетают протоны, чьи энергии могут быть разными. В коллайдере также ускоряются протоны. Но прилетающие протоны на Землю не влияли. Так что и появление микро-черных дыр во время столкновений частиц в коллайдере казалось крайне маловероятным. Что важного большой адронный коллайдер открыл за эти годыОткрытий для физиков было очень много. Прежде всего: Получилось изучить свойства кварк-глюонной плазмы – такое состояние достигается при слишком высоких энергиях. Считается, что в первые мгновения жизни Вселенной (в первые 0,000001 секунды Большого взрыва) она ее заполняла. "Коллайдер сталкивает ионы плазмы между собой с огромной скоростью – почти со скоростью света. Это позволяет увидеть, как плазма превращается в ядра атомов и строительные блоки жизни", – рассказывал один из участников исследования доктор Ю Чжоу. Были получены пентакварки – частицы, состоящие из пяти кварков вместо двух или трех. Они помогут лучше понять принципы устройства материи. Была открыта новая частица – экзотический тетракварк. Предполагается, что это открытие породит большое количество новых теоретических работ в области сильных взаимодействий на больших расстояниях. Наконец, бозон Хиггса. Это самая знаменитая частица. Ее обнаружение было одной из главных целей строительства коллайдера. В 2012-м появился кандидат на роль бозона, в 2013-м – подтверждения, что он существует.  Бозон Хиггса – что это значитСчитается, что в ранней Вселенной частицы не имели массы, поэтому соблюдалась симметрия. Затем она стала нарушаться самопроизвольно – одни частицы были массивными, другие – безмассовыми. Почему нарушается симметрия – загадка. Физики Питер Хиггс и Франсуа Энглер предполагали, что масса частиц растет под действием особого поля – некоторые из них проходят, не получая массы, некоторые – накапливают ее. В этом случае поле должно иметь связанную с ним частицу (бозон Хиггса), контролирующую взаимодействие с другими частицами и полем. Существование бозона Хиггса было подтверждено с точностью до 99,99997%. Ранее из всех предсказанных частиц Стандартной модели не был обнаружен только он. Если бы он не был найден – объяснение нарушения симметрии следовало бы искать снова. А так его даже называли "частицей бога". Обнаружение бозона Хиггса считается одним из главных открытий в науке. Ученые надеются, что оно позволит разработать теорию, которая расширит Стандартную модель. Его называют большим шагом к пониманию того, как устроена Вселенная. Пока что вся известная теория – всего лишь несколько процентов всей материи. Гораздо большая часть имеет совершенно неизвестную природу – она и получила название "темной материи". Это словосочетание уже часто встречалось и будет звучать еще чаще при новых открытиях.  Большой адронный коллайдер принадлежит организации, которая запустила первый в мире сайтЭто ЦЕРН (по-английски – CERN) – европейская организация по ядерным исследованиям. Это крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий. Она была основана в 1954 году, ее юридический адрес находится в Женеве. Большой адронный коллайдер – на данный момент – основной проект ЦЕРН. ЦЕРН сотрудничала с Россией с 1993 года, но приостановила ее статус с марта 2022 года. Интересный факт. Самый первый сайт был запущен 20 декабря 1990 года (но встречаются разные даты – май 1990-го, август 1991-го). Запустил его именно ЦЕРН по адресу http://info.cern.ch. На нем было описание новой технологии World Wide Web, а позже появился список ссылок на другие сайты. Как попасть на большой адронный коллайдер, реально ли этоМожно записаться на бесплатную экскурсию в ЦЕРН – нужно заранее подать заявку на официальном сайте организация. Как правило, экскурсия продолжается три часа и ведется на английском или французском языках. Рассказ и видеоматериалы о коллайдере входят в экскурсию. При этом доступа к коллайдеру у обычных посетителей нет. Он существует и далеко не у всех сотрудников ЦЕРН. Кто финансирует работу большого адронного коллайдераОбщая стоимость проекта – 6,03 миллиарда швейцарских франков. Это $5,22 млрд, где километр обходился в $196 млн. Могло выйти гораздо дороже, но коллайдер был размещен в тоннеле, построенном еще в 1980-х годах для большого электрон-позитронного коллайдера. "Коммерсант" в 2010-х сравнивал эти данные со стоимостью проекта в России: 74-километрового четвертого транспортного кольца в Москве, на который предполагалось затратить $9,4 млрд – и $127 млн на километр. Но проект был отменен Сергеем Собяниным.  Если этот коллайдер большой, то есть и другие – поменьшеБольшой адронный коллайдер – ускоритель заряженных частиц очень большой мощности. Есть и менее сильные коллайдеры. Первый из них вообще появился в 1961 году в итальянском Фраскати. С тех пор было более двух десятков разных коллайдеров. Сейчас известны коллайдеры в Китае, Японии, Италии и США, а также два в России – в Новосибирске. В конце декабря 2021-го стартовала сборка коллайдера в Дубне. Почему большой адронный коллайдер не работал три года и что сейчас ждатьОн ушел на перерыв и за эти три года находился на модернизации. Теперь он будет работать на рекордной мощности в 13,6 трлн электронвольт. Такая мощность позволит ему работать почти круглосуточно на протяжении четырех лет. Разгонять коллайдер уже начали с апреля 2022 года. Во время запуска навстречу друг другу будут выпущены два пучка протонов почти на скорости света, а столкновений будет в 20 раз больше, чем при открытии бозона Хиггса. Ученые рассчитывают, что новые исследования помогут в поиске распадов бозона Хиггса на частицы темной материи. Это приблизит науку к решению фундаментальных вопросов физики. Уже есть планы насчет строительства Будущего кольцевого коллайдера. Цель та же – создать еще больше бозонов Хиггса и лучше разобраться в природе темной материи. Предполагается, что строительство начнется в 2038 году, а запуск – не ранее 2040-го. https://matveychev-oleg.livejournal.com/13994759.html
Rewiever
Суббота, 27 Апреля 2024 г. 21:45 (ссылка)
Успех поставленного в США уникального эксперимента
обеспечили российские физики
Републикуется в память о плодотворном научном сотрудничестве физиков России и США
Поводом для проведения импровизированного семинара, который состоялся в ГНЦ "Институт физики высоких энергий" (Протвино Московской области), стала новость, пришедшая за неделю до этого из США. В обсуждении неординарного научного события приняли участие главный научный сотрудник ИФВЭ академик С. Герштейн, два других представителя теоретической физики - доктора наук А. Лиходед и В. Киселев, а также физики-экспериментаторы - начальник Отдела нейтринной физики член-корреспондент РАН С. Денисов и кандидат физико-математических наук Д. Стоянова.
В беседе пригласили участвовать и автора этих строк.
В чем же причина необычного для размеренной институтской жизни экспресс-мероприятия?
Дело в том, что в городке Батавия близ Чикаго (это как "Протвино близ Москвы") в ходе научного семинара ФНАЛ (Фермиевской национальной лаборатории) были доложены результаты крупного эксперимента, поставленного здесь на самом большом в мире ускорителе заряженных частиц - так называемом "тэватроне".
Результаты, во-первых, вызвали большой интерес и сейчас активно обсуждаются специалистами, а во-вторых, получены они были с активным участием российских физиков - как из ИФВЭ, так и из некоторых других научных центров нашей страны. Но об этом втором моменте  на семинаре в Батавии не говорили, поскольку в этой нынешней "физической Мекке" считается само собой разумеющимся, что в крупных экспериментах задействованы многие сотни ученых из десятков стран, так что выделять чей-то отдельный вклад не принято - все делают одно общее дело. Но для наших физиков с учетом периферического (в смысле финансирования) положения, которое занимает сейчас отечественная наука, этот момент весьма чувствителен. Так что рассказ не только о сути дела, но и о вкладе российских ученых будет, видимо, вполне уместным.
На снимке - штаб-квартира ФНАЛ в Батавии
Поскольку предмет повествования довольно специфичен, не обойтись без некоторого предисловия, вводящего читателя в курс дела.
Современная физическая картина мира с наибольшей глубиной и достоверностью описывается сейчас так называемой "Стандартной Моделью" - СМ. Согласно ей, всё многообразие природы построено из фиксированного набора фундаментальных частиц: 6 лептонов и их античастиц (6 антилептонов), 6 кварков и соответствующих антикварков, глюонов, фотонов, заряженных W-бозонов, нейтральных Z-бозонов и частиц Хиггса. Окружающее нас вещество состоит из электронов, относящихся к лептонам, и двух видов кварков (обозначаемых индексами "u" и "d" - "верхний" и "нижний"). Из этих кварков составлены протоны и нейтроны, а из них - ядра всех элементов хорошо известной всем Периодической системы Менделеева.  Весьма многочисленен класс ядерно-активных мезонов - это так называемые "связанные состояния", составленные из кварка и антикварка, но время их жизни ничтожно мало - не более миллиардных долей секунды.
Фотоны в СМ обеспечивают электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами. W- и Z- бозоны ответственны за так называемое "слабое" взаимодействие, приводящее к распадным явлениям. А "сильное" (или ядерное) взаимодействие между кварками осуществляется путем обмена глюонами.
Вот такая панорама. (одна из схем СМ того времени)
Остается заметить, что к этому времени экспериментально подтверждено существование всех перечисленных фундаментальных частиц, кроме тех, которые были введены английским теоретиком П. Хиггсом для объяснения образования массы всех иных частиц, а потому и называются "бозонами Хиггса". Найти хиггсовы частицы - одна из важнейших задач для современной физики.
Хотя все полученные до настоящего времени экспериментальные данные не противоречат предсказаниям СМ, большинство ученых не считает её "истиной в последней инстанции". Она рассматривается в качестве "низкоэнергетического приближения" к более общей теории, которая, возможно, будет иметь меньшее число фундаментальных частиц и объединит все виды взаимодействий, включая стоящее за рамками СМ гравитационное взаимодействие. Поэтому изучение новых явлений, подтверждающих или, напротив, опровергающих СМ, - другая первоочередная задача физики, прежде всего в исследованиях на современных ускорителях. В том числе и на тэватроне , в котором осуществляются столкновения встречных пучков протонов и антипротонов при энергиях порядка триллиона электрон-вольт (или 1 Тэв, откуда и "тэватрон").
Здесь в одном из экспериментов под названием "DZero" ("Д-ноль", или "Д0" в русской аббревиатуре) физики взялись за изучение так называемых осцилляций нейтральных Вs-мезонов. Это процесс, в ходе которого происходит самопроизвольный переход Вs-мезона, представляющего собой связанное состояние s-кварка и b-антикварка, в анти-Вs-мезон, составленный из s-антикварка и b-кварка, и затем - наоборот. То есть осцилляции представляют собой череду взаимопревращений материи в антиматерию. Согласно представлениям Стандартной модели, такие переходы возможны только за счет слабого взаимодействия между кварками путем обмена W-бозонами.
 Вообще говоря, осцилляции нейтральных мезонов не являются новым, неизвестным явлением. Впервые они были исследованы для К-мезонов, около двадцати лет назад - для Вd-мезонов, состоящих из d-кварков и b- антикварков, а позднее - и для нейтрино. Но все попытки обнаружить осцилляции для Вs-мезонов оказались безуспешными. Основная трудность здесь состояла в том, что частота этих осцилляций, предсказываемая на основе косвенных данных по Стандартной модели, должна превышать 15 триллионов переходов в секунду, что в десятки раз больше, чем для Вd-мезонов. При этом нужно иметь в виду, что время жизни самих Вs-мезонов - триллионные доли секунды.
(Вид на передню панель детектора D0)
Задача казалась настолько сложной для экспериментального осуществления, что решать её предполагалось в программе исследований на ускорителе следующего (после Тэватрона) поколения - большом адронном коллайдере LHC, сооружаемом сейчас Европейской организацией по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в Женеве. Но вот довольно неожиданно физикам, работающим на "тэватроне", удалось решить эту задачу на два-три года раньше, чем заработает LHC. Как это было и что делать дальше - об этом и шёл разговор.
В первую очередь участники беседы отметили огромный объем работы, проделанной физиками для достижения результата. Достаточно сказать, что за время эксперимента в установке произошло около 100 триллионов протон-антипротонных столкновений, из которых было отобрано всего несколько тысяч событий, важных с точки зрения осцилляции Bs-мезонов. Кропотливый анализ с применением оригинальной методики обработки данных позволил установить, что частота осцилляции с большой вероятностью заключена в диапазоне от 17 до 21 триллиона переходов в секунду. Тем самым получено новое важное подтверждение справедливости СМ.
Согласно первым сообщениям, сами участники эксперимента D0 довольно скромно рассматривают свой результат как первую ласточку , надеясь в ближайшее время значительно улучшить точность измерений. Дело в том, что продолжение опыта представляет исключительный интерес не только с точки зрения проверки СМ и уточнения ее параметров, но, возможно, и для разрешения загадки асимметрии (неравного присутствия) вещества и антивещества во Вселенной. Имеются также заметные шансы на открытие "последнего кирпичика СМ" - частицы Хиггса, что явилось бы настоящим триумфом этой теоретической модели. Так что уже в близком будущем можно ожидать новых интересных сообщений из ФНАЛ.
Чьими усилиями (с российской стороны) "куётся" эта едва ли не фантастическая физика?
Об этом рассказал непосредственный участник событий, руководитель группы российских физиков, задействованных в эксперименте, член-корреспондент РАН Сергей Петрович Денисов:
- Надо сказать, что в этом эксперименте работает крупный интернациональный коллектив физиков из 20 стран мира. Самое большое представительство (не считая, естественно, "хозяев поля" из США) у России - несколько десятков человек. Это не только специалисты из ИФВЭ, здесь также представители дубненского ОИЯИ, московских ИТЭФ и НИИЯФ МГУ, ПИЯФ из Гатчины (Санкт-Петербург). Ими внесен значительный вклад в создание детекторов частиц, которые оказались особенно важными для регистрации осцилляции. Надо иметь в виду, что для этих детекторов помимо их изготовления в России и доставки в США необходимо было также разработать соответствующие программные средства, а затем обеспечить их высокоэффективную работу в эксперименте. Кроме того, была предложена и реализована оригинальная схема обработки и анализа данных, основанная на определении так называемой "функции правдоподобия событий", которая и позволила измерить частоту осцилляции. Так что без всякого преувеличения можно сказать, что именно российские физики (в том числе и работающие ныне за рубежом) в значительной степени определили успех эксперимента.
На снимке: Сергей Петрович Денисов
И, конечно же, нельзя не отметить то, что достижение результата было бы невозможным без эффективной работы всего ускорительного комплекса тэватрона, этой уникальной пока машины для исследований физики частиц.
Вот на этом месте участники беседы не могли не посетовать по поводу того, что здесь у нас, в Протвино, так и остался незавершенным грандиозный физический проект по сооружению УНК - ускорительно-накопительного комплекса протонов. Как известно, проект начал осуществляться в середине 1980-х годов, но результатом вложения около миллиарда полновесных советских рублей стал лишь гигантский подземный кольцевой тоннель длиной 21 км. Нечто подобное близится сейчас к завершению в Женеве, а ведь, согласно планам, наши ученые могли бы приступить к подобным исследованиям еще в конце 1990-х! Но на создание ускорителя у переходящей на рыночные рельсы страны средств не нашлось.
Так что, вложенный буквально в землю миллиард так и останется невостребованным?
Академик С. Герштейн по этому поводу заметил, что протвинский тоннель - уникальное инженерно-техническое сооружение, он даже превосходит женевский, поскольку имеет сечение в полтора раза больше, а значит - и больше возможностей для реализации ускорительных проектов будущего.
Эту же мысль развил профессор А. Лиходед. Он заметил, что коллайдер LHC стоимостью в 7 миллиардов евро через пару лет уже будет работать, а это значит, что мировой центр физики высоких энергий переместится именно туда, в Западную Европу. И вновь российским физикам придется осуществлять свои замыслы на зарубежных установках. А ведь создание своего ускорителя в уже готовом тоннеле (кстати, его сооружение стоило бы сейчас раз в 10 дороже) могло бы стать для нашей страны, по-прежнему претендующей на статус мировой державы, вполне достойным национальным проектом. Вновь активно заработали бы отечественные научные школы и вновь потянулись бы к нам коллеги из зарубежных лабораторий...
Ну, а пока - работаем там, где для этого есть соответствующие возможности. И добываем результаты, становящиеся общим достоянием мировой науки, хоть их и считают результатом работы иных научных центров.
Опубликовано: газета научного сообщества"Поиск" №17, 28 апреля 2006 г., журнал «Наука и жизнь»-№6/2006, местная пресса
|
В силу объявленной на сей раз тематики семинара 
