Из Фермилаба в Брукхейвен: Дмитрий Денисов о топ-кварке и об экспериментах на ионных коллайдерах |
В середине июля Европейское физическое общество отметило Премией в области физики частиц и высоких энергий открытие, сделанное уже почти четверть века назад: в 1995 году коллаборации D0 и CDF, работавшие на Тэватроне, объявили об открытии топ-кварка. Об этом и о многом другом мы побеседовали с физиком Дмитрием Денисовым, много лет бывшим одним из руководителей коллаборации D0.
|
Метки: Физика |
Эксперимент LHCSpin изучит спиновую структуру протона на LHC |
Большой адронный коллайдер — это живой постоянно развивающийся проект. Сам ускоритель остается неизменным, но с ускоренными пучками адронов можно ставить самые разнообразные эксперименты. Мы уже неоднократно рассказывали про проекты новых детекторов, которые предлагается внедрить на LHC для получения информации, недоступной нынешним установкам. На днях в архиве препринтов появилось описание еще одного инновационного проекта — LHCSpin (см. публикацию arXiv:1901.08002). Как следует из названия, это эксперимент по изучению спиновой структуры адронов (введение в этот круг вопросов см. в новости Так из чего всё-таки складывается спин протона?). Надо подчеркнуть, что это очень необычное предложение для LHC, ведь циркулирующие в нем протоны не поляризованы. Но авторы нового проекта нашли способ изучать спиновую физику даже в этих условиях.
Дело в том, что пару лет назад команде, работающей на детекторе LHCb, удалось организовать новый тип экспериментов на LHC — столкновения с неподвижной мишенью (см. новость Необычный эксперимент на LHC поможет разобраться с загадкой космических антипротонов). Для этого в вакуумную трубу рядом с детектором впрыскивается струйка газа, на ядрах которого и рассеиваются протоны большой энергии. Конечно, продукты таких столкновений летят преимущественно вперед, но детектор LHCb как раз и создан для того, чтобы отлавливать и измерять такие частицы. Поскольку газ можно вспрыскивать самый разный, появляется возможность исследовать столкновения с теми ядрами, которые раньше и не предполагалось использовать на LHC. Сейчас активно разрабатываются проекты таких экспериментов, которые должны заработать в следующем сеансе коллайдера LHC Run 3.
LHCSpin — это еще одно направление развития этой программы. В рамках этого эксперимента предполагается установить на пути летящих протонов ячейку с поляризованным водородом. В результате будут происходить протон-протонные столкновения, в которых один из протонов имеет четко направленный спин. Это скажется на угловом распределении новых рожденных частиц, которое сможет измерить детектор LHCb. В результате будет получена информация, которая сейчас изучается только в электрон-протонных или мюон-протонных столкновениях, да и то при гораздо меньшей энергии.
Прямо сейчас, во время длительной паузы LS2, внедрить эту идею, видимо, не успеют, но через несколько лет, во время следующей остановки и перехода на HL-LHC, она вполне может воплотиться в жизнь.
|
Метки: Планы на будущее |
Детектор CMS начал чувствовать ширину бозона Хиггса |
|
Метки: Хиггсовский бозон |
Детектор LHCb готовится к новому апгрейду, запланированному на 2030 год |
По ситуации на сегодня детектор LHCb выдает результаты, которые вселяют в теоретиков самый большой оптимизм относительно обнаружения эффектов Новой физики. Детектор LHCb будет продолжать играть столь же важную роль и в будущих сеансах работы коллайдера. Поэтому уже давно коллаборация LHCb работает над апгрейдом своего детектора для того, чтобы справиться в будущем со всё возрастающей нагрузкой на аппаратуру. Первая фаза модернизации детектора (LHCb Upgrade I) пройдет в 2019–2020 годах, во время остановки коллайдера на техобслуживание, и сеанс LHC Run 3 детектор уже встретит во всеоружии. Модернизация будет завершена в середине 2020-х годов, к началу работы коллайдера в режиме HL-LHC.
Однако уже сейчас коллаборация работает над следующим существенным обновлением детектора (LHCb Update II), который намечается на 2030 год. В рамках этого процесса коллаборация провела серию конференций и сформулировала в 2017 году общую заявку на модернизацию (Expression of Intent). На днях эта заявка была дополнена солидным 178-страничным документом (arXiv:1808.08865), описывающим физические задачи, на которые будет нацелен новый апгрейд, и ожидаемый прогресс в их решении с помощью обновленного детектора. Этот документ будет в ближайшие годы служить ориентиром того, что можно ожидать от детектора в 2030-е годы.
|
Метки: Детектор LHCb |
Вышли статьи про распад бозона Хиггса на <i>b</i>-кварки |
На днях в архиве препринтов появились статьи коллабораций ATLAS (arXiv:1808.08238) и CMS (arXiv:1808.08242), в которых сообщается об окончательном открытии распада бозона Хиггса на b-кварк-антикварковую пару. Это доминирующий канал распада, однако долгое время его не удавалось обнаружить из-за очень большого фона от посторонних процессов. Лишь в прошлом году физики научились надежно отделять хиггсовский сигнал от фона. В этом году, обработав еще большую статистику, обе коллаборации сообщили на конференции ICHEP 2018 об окончательном открытии этого распада и об измерении его вероятности, которая в пределах погрешностей согласуется с предсказаниями Стандартной модели. Эти предварительные сообщения сейчас «доросли» до полноценных статей.
Надо заметить, что выход этих статей сопровождался пресс-релизом ЦЕРНа, а также информационными сообщениями коллабораций ATLAS и CMS по отдельности. Новость об открытии прошла по многим СМИ, причем зачастую ей придавался непропорциональный событию драматизм. Подчеркнем еще раз, что этот результат, хотя и представляет собой впечатляющее достижение обеих коллабораций, ни в коем случае не является ни внезапным, ни неожиданным, ни прорывным. Это еще одно подтверждение того, что хиггсовский бозон ведет себя так, как ожидается в Стандартной модели, и что эффектов Новой физики в распадах бозона по-прежнему не видно.
|
Метки: Хиггсовский бозон |
Коллаборация ATLAS свела воедино все поиски тяжелых резонансов |
|
Метки: Детектор ATLAS |
В журнале <i>Nature</i> вышел обзор методов машинного обучения в физике элементарных частиц |
Публикация статей по физике элементарных частиц в журнале Nature — явление исключительно редкое. Однако в последнем выпуске журнала появилась не просто статья, а целый обзор Machine learning at the energy and intensity frontiers of particle physics, посвященный алгоритмам, основанным на нейронных сетях и глубоком машинном обучении, в физике элементарных частиц. Применение этих методов для анализа данных берет свое начало еще в 1990-е годы, и за прошедшие десятилетия они превратились из чего-то экзотического в ключевой элемент современной экспериментальной физики частиц.
Применение машинных методов при анализе данных — это не просто механическая замена человека. Речь идет о ситуациях, возникающих при классификации или анализе событий, когда необходимо принимать решение, основываясь не на одном четком критерии, а на большом числе факторов, каждый из которых по отдельности не позволяет классифицировать событие. В этой ситуации человеку заранее не понятно, какими критериями руководствоваться при принятии решения. Вместо того, чтобы пытаться это угадать, физики предлагают алгоритмам самим выработать оптимальные критерии на основе тренировочной выборки и затем предлагают их применить к реальным данным. Задачи, где сейчас применяются такие методы, включают работу триггера (то есть принятие за считанные микросекунды решения, стоит ли записывать это событие или выбросить его), оптимизацию того, куда записывать это событие (то есть насколько велика вероятность, что к нему физики потом будут часто обращаться), восстановление импульса или энергии частицы по разрозненному отклику многих датчиков в детекторе и, наконец, классификацию типа события с большим числом рожденных частиц. Практически все публикации Большого адронного коллайдера используют эти методы, причем порой их прозорливость уже превосходит человеческую.
Обзор может быть рекомендован тем, кто хочет получить первое беглое представление об этой стороны современного эксперимента. Отдельно стоит обратить внимание на подробную аннотированную библиографию.
|
Метки: LHC |
ICHEP 2018: легких двухфотонных резонансов по-прежнему не видно |
|
Метки: LHC |
На летних конференциях ожидается обновление результатов LHC |
Лето — горячий сезон в физике элементарных частиц, время ключевых научных конференций. Главное внимание приковано к центральной конференции года — ICHEP 2018, которая пройдет в Сеуле с 4 по 11 июля и на которой должны быть обновлены практически все основные результаты Большого адронного коллайдера. Причем надо заметить, что в этом году ситуация с результатами разворачивается несколько иначе, чем в прошлые годы.
Дело в том, что коллаборации, работающие на LHC, до сих пор стремились обработать только что накопленную статистику достаточно быстро. Например, когда в 2015 году стартовал сеанс Run 2, набор данных начался только в середине года, но уже осенью-зимой появились первые любопытные результаты, включая злополучный двухфотонный всплеск при 750 ГэВ. Статистика, набранная в 2016 году, рекордная на тот момент (36 fb-1), тоже начала обрабатываться довольно быстро; первые предварительные результаты появились уже летом и шли мощным потоком в течение всего 2017 года. А вот данные 2017 года — а это очередной рекорд светимости, 50 fb-1, — за редчайшими исключениями до сих пор не обнародованы. Они не появились ни в середине года, ни в нынешнем марте на конференции Moriond 2018. По всей видимости, экспериментаторам с лихвой хватило ажиотажа прошлых лет, когда теоретики бросались на любые намеки на отклонения в предварительных данных, и теперь они готовы показать лишь тщательно отполированные данные на большой статистике.
Тем временем, в преддверии ICHEP 2018, в итальянской Болонье стартовала на днях еще одна важная конференция — LHCP 2018. Это уже шестое мероприятие из серии конференций, целиком посвященных физике на LHC. Уже первый день принес долгожданные обновления: ATLAS и CMS показали некоторые хиггсовские данные и результаты поисков экзотических частиц в данных 2016 и 2017 годов. Никаких громких заявлений пока не слышно, но, может быть, их приберегли для ICHEP.
|
Метки: Конференции и доклады |
LHC готовится к приему протонных пучков |
Технические приготовления на Большом адронном коллайдере перед запуском протонных пучков подходят к концу. В согласии с расписанием работы на 2018 год, сейчас идут тесты энергопитания LHC и коммуникаций между разными ускорителями в цепочке: все системы прогоняются через стандартный цикл работы, но только без пучков внутри. В начале следующей недели пройдет проверка того, как протонные пучки проходят по каналам передачи из SPS в LHC, и в первых числах апреля протоны начнут циркулировать в главном кольце коллайдера. В начале мая, после месяца настройки и отладки коллайдера, физики приступят к набору новых данных.
Отслеживать текущую техническую работу можно как по онлайн-мониторам, так и на специальной странице LHC Commissioning Plan 2018, где будут отмечаться будущие и пройденные этапы.
В целом физики рассчитывают, что 2018 год пройдет столь же ударно в техническом плане, как и предыдущий. Детекторы ATLAS и CMS собираются набрать по итогам года интегральную светимость 55–60 fb-1. Общая светимость, накопленная за сеанс Run 2, достигнет тогда 150 fb-1, и анализ этой огромной статистики позволит еще тщательнее изучить устройство микромира. Пока что все результаты ATLAS и CMS ограничиваются лишь статистикой 2016 года (36 fb-1). Детектор LHCb накопит в нынешнем году очередные 2 fb-1 (график набора данных в LHCb можно увидеть здесь). Напомним, что самые горячие результаты LHCb, в частности, аномалии в распаде B-мезонов, до сих пор базируются на статистике Run 1 (2010–2012 годы).
|
Метки: Запуск и работа LHC |
Вышли обзоры, посвященные внутренней структуре адронных струй |
Когда Большой адронный коллайдер только строился, у физиков уже была подробная научная программа по всестороннему изучению микромира. Она опиралась, разумеется, на теоретические достижения и экспериментальные методы, известные к тому моменту. Но по ходу дела, прямо в процессе работы коллайдера, экспериментаторы и теоретики продолжали разрабатывать новые идеи и неожиданные подходы к старым проблемам. В результате, достижения коллайдера по многим пунктам программы далеко превзошли то, на что физики изначально рассчитывали.
В нашей ленте новостей LHC регулярно встречаются такие примеры. Один из них — это метод отлова тяжелых частиц, распадающихся на адроны, через внутреннюю структуру адронных струй (jet substructure). Подробное введение в эту методику описано в новости Детальная структура адронных струй помогает анализировать новые типы процессов. Ее теоретические исследования начались в 2013 году, а год спустя коллаборации ATLAS и CMS взяли ее на вооружение и начали искать тяжелые частицы таким способом. Более того, сразу обнаружилось нечто интересное — намеки на всплеск в районе 2 ТэВ (это была одна из загадок коллайдера, за которой мы тогда пристально следили). Эти отклонения, правда, сошли на нет под натиском данных Run 2, но все равно сослужили добрую службу — благодаря этому ажиотажу и теоретики, и экспериментаторы предприняли значительные усилия для отладки этой методики.
Сейчас изучение внутренней структуры струй вошло в надежный инструментарий физиков. Недавно в архиве препринтов появилось два больших обзора, посвященных теоретическим аспектам (arXiv:1709.04464) и реальным приложениям этой методики (arXiv:1803.06991). Обзоры написаны достаточно понятным языком с минимумом формул и будут направлены в журнал Review of Modern Physics.
|
Метки: Обзоры |
LHCb не подтверждает реальность мезона, открытого ATLAS |
|
Метки: Детектор LHCb |
ATLAS представила стостраничный отчет о свойствах хиггсовского бозона |
|
Метки: Хиггсовский бозон |
