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

Эксперимент CMS

Цели и задачи эксперимента CMS

CMS-detector.jpg

Современная теория взаимодействий фундаментальных частиц - Стандартная Модель с высокой точностью описывает процессы рассеяния, образования и распадов различных частиц. В основе Стандартной Модели лежат 3 поколения фермионов (кварков и лептонов) и 4 калибровочных бозона – фотон, глюон, W- и Z- бозоны, отвечающие за электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия частиц. Единственной фундаментальной частицей Стандартной Модели, которую пока не удалось зарегистрировать является бозон Хиггса, который необходим для для генерации масс фундаментальных частиц. Эксперименты на электрон-позитронном коллайдере LEP показали, что масса бозона Хиггса в Стандартной Модели не может быть менее 114.5 ГэВ, а эксперименты на колладере Тэватрон позволили ислючить область масс около 170 ГэВ. Одной из задач эксперимента CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН является регистрация бозона Хиггса, либо установления факта отсутсвия бозона Хиггса в Стандартной Модели.

Однако, даже при обнаружении бозона Хиггса, Стандартная Модель сталкивается с трудностями при описании процессов при более высоких энергиях. Чтобы преодолеть трудности Стандартной Модели при высоких энергиях была выдвинута гипотеза Суперсимметрии, предполагающая наличия нового класса фундаментальных частиц, в котором каждому известному фендаментальному фермиону соответсвует бозон, а каждому бозону – фермион. Попутно гипотеза Суперсимметрии позволяет решить проблему Великого Объединения сильных. электромагнитных и слабых взаимодействий, а также объяснить причину наличия в Космосе “темной” материи, необходимой для объяснения ряда астрофизических наблюдений. Если гипотеза Суперсимметрии верна, то при энергиях Большого адронного коллайдера в эксперименте CMS должно наблюдаться образование новых тяжелых частиц и суперсимметричных партнеров известных фендаментальных частиц.

Для того, чтобы наиболее эффективно вести поиск бозона Хиггса и суперсимметричных частиц в детекторе CMS регистрируются события с образованием различных фундаментальных частиц с большими поперечными ипульсами. Мюоны, электроны и фотоны регистрируются непосредственно, тау-лептоны, W и Z бозоны – регистрируются по продектам распада, кварки и глюоны регистрируются по образованию струй адронов, а нейтрино – по недостающей поперечной энергиии.

Кроме решения указанных выше задач, эксперимент CMS позволит вести поиск новых калибровочных бозонов, новых поколений кварков и лептонов, а также дополнительных измерений пространства, которые предсказываются в ряде теоретических моделей.

Успешная работа Большого адронного коллайдера в 2010 году при энергиях пучков сталкивающихся протонов по 3.5 ТэВ позволила продемонстрировать высокое качество получаемых данных, однако накопленного количества данных было недостаточно для решения поставленных задач. В 2011-12 годах предполагается увеличить накопленныю светимость на 2 порядка по сравнению с 2010 годом, а после модернизации Большого адронного коллайдера в 2013-14 гг довести энергии сталкивающихся протонов до 7 ТэВ.

Higgs.jpg

Материальный и интеллектуальный вклад группы ИТЭФ в создание установки CMS

  • Инженер-конструктор ИТЭФ А.Н.Никитин предложил закрепить сверхпроводящий соленоид внитри центрального стального ярма магнита, что легло в основу всей конструкции детектора CMS;
  • Группа ИТЭФ предложила использовать радиационно-стойкие черенковские калориметры в области малых углов, где ожидается максимальный уровень радиационных доз;
  • Измерение радиационной стойкости кварцевых волокон, изготовление полномасштабного прототипа и его испытание на пучках частиц высоких энергий.
  • Разработка, оптимизация, создание и испытания передних калориметров.
  • Разработка, создание и ввод в эксплуатацию светодидной системы для калибровки и мониторирования калориметра CASTOR.

В 2000 году мы впервые предложили постановку эксперимента по поиску рождения бозонов Хиггса в дифракционных процессах. Уникальность такого эксперимента состоит в том, что в результате дифракционного рассеяния протонов в реакции образуется только одна частица – бозон Хиггса, массу которого можно будет точно определить, измеряя импульсы рассеянных протонов. На основе этой идеи возник новый проект HPS (High Precision Spectrometer), который в настоящее время объединяет десятки ученых из разных стран. Подготовка постановки эксперимента HPS проводится в рамках большого проекта модернизации детектора CMS.

Статус современных работ в коллаборации и планы

Более подробную информацию о детекторе, эксперименте и сотрудничестве можно получить на домашней странице CMS.