Ученые-физики из Новосибирского государственного университета в рамках ведущего мирового эксперимента 15 февраля вошли в коллаборацию CMS (Compact Muon Solenoid).
Напомним, что детектор CMS работает на LHC (Large Hadron Collider) и является одним из универсальных детекторов. Его вес — 14000 тонн, диаметр 15.0 м, а длина 28.7 м и магнитное поле 3.8 Т. LHC, в свою очередь, считается наиболее большим и мощным ускорителем в мире. Он представляет собой циклический коллайдер длиной 27 километров. А расположен коллайдер в скальном массиве гор Юра на границе Швейцарии и Франции на глубине 100 метров. Скорость ускорения пучков протонов, расположенных внутри него, практически идентична скорости света. Они и сталкиваются в нескольких точках в месте расположения детекторов. В этот момент формируются частицы, которые пролетают через детекторы и оставляют там треки и кластеры энерговыделения. Суммарная энергия пучков протонов является рекордной в настоящее время - 13 ТэВ. На таком детекторе проводятся различные эксперименты: проверка стандартной модели, изучение бозона Хиггса, а также поиск новых частиц. В научный коллектив, который проводит такие работы, входит примерно 5000 физиков и инженеров из около 200 институтов и 50 стран.
В научную группу Новосибирского государственного университета входят сотрудники лаборатории физики адронных взаимодействий Физического факультета НГУ Владимир Блинов, Татьяна Димова, Леонид Кардапольцев, Алексей Козырев, Иван Овтин, Олеся Радченко, Юрий Сковпень и студент Физического факультета НГУ Степан Захаров. Их исследования связаны с калибровкой электромагнитного калориметра и созданием новой системы MTD (MIP Timing Detector), радиационными тестами на пучке нейтронов для планируемой модификации детектора CMS для экспериментов на LHC с большой светимостью и анализом данных. Новосибирские ученые вносят весомый вклад в развитие этой сферы науки.
В 2012 году на детекторах ATLAS и CMS был открыт бозон Хиггса. Некоторые его свойства уже изучены в процессе экспериментов, что согласуется со стандартной моделью. Для поиска новой физики критически важно измерение его свойств и взаимодействий с другими частицами. Так, константы связи бозона Хиггса с W и Z бозонами, с t и b кварками, с τ и μ лептонами уже измерены. Но большая часть еще не изучена в полной мере. Согласно критическому предсказанию стандартной модели, три или четыре хиггсовских бозона могут взаимодействовать в одной вершине. Так происходит из-за спонтанного нарушения симметрии, на котором базируется стандартная модель. Главная задача экспериментов на LHC заключается в измерении такого взаимодействия. В нем принимают участие три бозона Хиггса, которые проявляются при рождении двух хиггсовских бозонов в протон-протонном столкновении. Для измерения взаимодействия используют рождение двух хиггсовских бозонов через рождение виртуального хиггсовского бозона в столкновении двух глюонов. Новый результат CMS по поиску таких событий был получен на данных, набранных за три года (2016–2018), и для поиска использовалось конечное состояние с распадом одного бозона Хиггса в два b кварка, а другого — в два фотона. В работе в 2019-2020 годах принимали участие исследователи из НГУ.
«Получены самые сильные ограничения на взаимодействие трех хиггсовских бозонов. Были получены и ограничения на взаимодействие двух Z или двух W бозонов с двумя бозонами Хиггса, что также является важным для поиска новой физики, — говорит Юрий Сковпень. — Поиск рождения двух бозонов Хиггса будет продолжен на данных, которые планируется набрать в течение трех лет начиная с 2022 года, что позволит улучшить чувствительность эксперимента для поиска этого процесса. Дальнейшие планы по наблюдению и изучению рождения двух хиггсовских бозонов связаны с работой LHC с высокой светимостью, которая планируется с 2027 года примерно до середины 2030-х годов».
Результат стал большим достижением коллаборации CMS. Данные опубликованы в журнале CERN Courier. Статья также направлена в J. High Energy Phys.
Фото на странице: Shahadat Rahman / Фотобанк Unsplash
