Российские ученые из Томского политехнического университета и их зарубежные коллеги смогли с рекордной точностью измерить светимость, наблюдаемую при столкновении пучков Большого адронного коллайдера. Это позволит уменьшить интервалы допустимых значений для различных величин, характеризующих процессы взаимодействия элементарных частиц. Результаты экспериментов опубликованы на сайте CERN.
Большой адронный коллайдер (БАК) — это самый крупный и самый мощный на сегодняшний день ускоритель заряженных частиц. В нем ускоряются и сталкиваются пучки адронов. Это класс частиц, в который входят, например, протоны. В БАК протоны сталкиваются миллионы раз в секунду. Однако частицы настолько малы, что ученым сложно фиксировать и подсчитывать все столкновения. Поэтому исследователи работают над новыми методами их отслеживания.
«Интенсивность столкновений отдельных частиц при столкновении пучков в коллайдере мы называем светимостью. Когда физики рассматривают отдельные процессы рождения каких-то частиц в столкновениях отдельных протонов или ядер, вычисляют параметры таких процессов и погрешность таких расчетов, им необходимо знать, сколько вообще было столкновений и какова точность, с которой это число известно. Поэтому точность измерения и/или моделирования светимости является основным фактором, определяющим погрешности величин, характеризующих процессы микромира, для исследования которых и построен Большой адронный коллайдер», — рассказал Антон Бабаев, научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ.
Чтобы вычислить светимость, ученые используют данные о распределении частиц в пучках при столкновении, интенсивности пучков и измерений детекторов-люминометров. Российские ученые и их коллеги взяли подобные данные за 2015–2016 годы, чтобы провести свой анализ измерений светимости. Сперва исследователи смещали сгустки протонов из их нормального положения и проводили запись значений счетчиков люминометров. Однако в таком варианте ученые могут получить искаженные данные из-за чувствительности люминометров к основным условиям сбора данных. Поэтому на втором этапе физики вводят разнообразные коррекции. А на последнем ученые следят за тем, насколько стабильна во времени абсолютная калибровка всех люминометров. Например, сравнивают измерения для разных люминометров и то, как они изменяются с течением времени.
«Ученые ТПУ проводили моделирование и анализ данных ван-дер-Меер сканирования пучка, особенно электромагнитного взаимодействия сталкивающихся пучков с целью определения величины сдвига орбиты пучка и изменения перекрытия пучков вследствие такого взаимодействия, — добавляет Антон Бабаев. — Одна из задач заключалась в разработке алгоритма вычисления относительной нелинейности детекторов-люминометров».
В результате исследователи выяснили, что погрешность измерения светимости для экспериментов, проведенных в 2015 году, может быть принята равной 1,6%, а для экспериментов, проведенных в 2016 году, — 1,2%. Этот результат примерно в два раза лучше предыдущих. По словам ученых, переоценка погрешности светимости позволит уменьшить погрешности для различных величин, характеризующих процессы взаимодействия элементарных частиц.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
