Размер шрифта: A A
Цвет сайта: A A A A

Эксперимент ATLAS

ATLAS-Detector.jpg

Главные цели эксперимента ATLAS на Большом Адронном Коллайдере ЦЕРНа (LHC CERN) - это

  • Изучение Стандартной Модели (СМ) в новом диапазоне энергий и
  • поиск новой физики за пределами СМ, путем обнаружения новых частиц, в первую очередь - бозона Хиггса, и прецизионного измерения свойств известных частиц и взаимодействий.

В результате стабильной и эффективной работы Большого адронного коллайдера в 2010 году при энергиях пучков сталкивающихся протонов по 3.5 ТэВ было накоплено число событий, позволившее продемонстрировать высокое качество данных, получаемых со всех экспериментальных установок. Однако для решения поставленных физических задач этого числа было ещё недостаточно. В 2011 году светимость LHCсущественно возросла. Это позволило накопить в 100 раз больше полезных событий, чем в 2010 году. В результате:

  • были измерены сечения основных фоновых процессов к рождению бозона Хиггса,
  • была исключена широкая область возможных масс самого бозона Хиггса,
  • появились первые свидетельства в пользу его обнаружения при массе 125 ГэВ.

В 2012 году энергия каждого из пучков коллайдера была доведена до 4 ТэВ с дальнейшим повышением светимости. На середину ноября 2012 г светимость превысила в интеграле 20 обратных фемтобарн. Как результат 4 июля 2012 г. коллаборациями ATLAS и CMS было официально объявлено об открытии частицы со свойствами бозона Хиггса и массой в районе 125 ГэВ при статистической значимости результата более 5 стандартных отклонений. Приведенная выше ссылка дает доступ к большому количеству картинок - фотографий (среди них - фотографии самого Prof. P.Higgs, который был почетным гостем ЦЕРНа в дни июльской пресентациии), событий-кандидатов, графиков. Весьма интересен и информативен официальный релиз ATLASа на русском языке, посвященный последним результатам поиска бозона Хиггса.

В настоящее время (декабрь 2013 г.) в установке ATLAS сигнал виден в каналах H→γγ, H→ZZ*→4ℓ, H→WW*→ℓνℓν с “суммарной” статистической значимостью 10 сигма, что демонстрирует следующий график.

Higgs boson significance 2013 March.jpg

По вертикальной оси отложена вероятность того, что наблюдаемое число случаев регистрации бозона Хиггса при разных значениях его массы (суммарно по различным каналам его распада) является случайной флуктуацией числа фоновых событий. При массе 126 ГэВ указанная вероятность составляет всего 10-23, что соответствует статистической значимости сигнала в 10 стандартных отклонений.

Измеренные свойства недавно открытого бозона таковы:

  • Масса: m(H)=125.5±0.2(stat)±0.6(sys) ГэВ
  • Сила сигнала в единицах СМ при этой массе: m=1.33±0.14(stat)±0.15(sys)
  • Спин и четность с большой вероятностью совпадают с теми, которые ожидаются в СМ: JP= 0++ .

Анализ данных 2011-2012 г. продолжается. К настоящему времени коллаборация ATLAS подготовила и направила в ведущие научные журналы мира в общей сложности около 300 работ, большая часть из которых уже опубликована.

После предстоящей в 2013-14 гг. модернизации LHCэнергии сталкивающихся протонов будут доведены до 6,5 ТэВ, что позволит поднять на более высокий уровень работы по измерению различных констант связи бозона Хиггса и поиск новых тяжелых частиц.

Более подробную информацию о детекторе, эксперименте и сотрудничестве можно получить на домашней странице ATLAS. История ATLASа также популярно описана в Википедии.

До настоящего времени детектор ATLAS работал очень успешно, как в p-p, так и в ион-ионных сеансах. Эффективность большинства подсистем, включая FCal (в котором участвует группа ИТЭФ), превышала 98%.

res.jpg

Событие в детекторе ATLAS с четырьмя мюонами, кинематически совместимое с гипотезой о рождении пары Z-бозонов, каждый из которых распался на пару мюонов. Такие события возможны в процессах Стандартной Модели без образования бозона Хиггса. В то же время, они являются одной из "золотых сигнатур" рождения бозона Хиггса, хотя о наличии сигнала от этой частицы можно судить только на основании статистического анализа большого числа подобных событий. На картинке показана увеличенная центральная часть детектора (кликните на ней для получения версии с более высоким разрешением). Четыре мюона выделены красным цветом (они идентифицируются мюонной системой ATLAS). Остальные треки и энерговыделение в калориметрах показаны желтым цветом.

Другие картинки событий в детекторе ATLAS. Кликните на них для выхода в галерею картинок событий в детекторе ATLAS, как реальных, так и симулированных:

ATLAS_events1.png