Большой Адронный Коллайдер

[Goodricke]

ЦЕРН снова хочет построить самый большой и крутой коллайдер частиц во Вселенной

https://hi-news.ru/science/cern-snova-xochet-postroit-samyj-bolshoj-i-krutoj-kollajder-chastic-vo-vselennoj.html

Большой адронный коллайдер имеет протяженность порядка 28 километров, но его замена будет в четыре раза больше – до 100 километров. Этого достаточно, чтобы окружить весь город Женева.

[a_babich]

ЦЕРН снова хочет построить самый большой и крутой коллайдер частиц во Вселенной

1)один раз уже хотел?
2)а вдруг во Вселенной есть коллайдер еще круче?

[Ра-М-Ха]

а вдруг во Вселенной есть коллайдер еще круче?

Насчет  круче не стоит, за 2 года виновных не выявлено

[6th Book]

2)а вдруг во Вселенной есть коллайдер еще круче?

Оставлял пару недель назад сообщение о статье про источник UHECR (Ultra-High-Energy Cosmic Rays) в центре Virgo Cluster

[Foma]

На конференции Rencontres de Blois, прошедшей на этой неделе, представлены новые данные об открытии необычного процесса - рассеяния фотонов на фотонах. Этот процесс невозможен в рамках классической электродинамики из-за линейности уравнений Максвелла, однако в квантовой электродинамике взаимодействие фотонов осуществляется путём рождения пар виртуальных заряженных частиц в промежуточных состояниях, как было предсказано в 1930х годах. Для низкоэнергетичных фотонов сечение процесса исключительно мало, ~10^-70 см² для видимого света, поэтому до сих пор он не наблюдался напрямую. Ранее были лишь косвенные указания на этот процесс, полученные в измерениях аномального магнитного момента лептонов и в некоторых других.

Последние несколько лет коллаборацией ATLAS на LHC изучались «ультра-периферийные» столкновения ядер свинца, когда прицельный параметр движущихся навстречу друг другу ядер превышает диаметр ядра. При этом ядра пролетают мимо друг друга, переходя в возбуждённое состояние, но не разрушаясь. Вблизи движущегося ядра имеется сильное электромагнитное поле, которое при ультрарелятивистских скоростях ядер представляет собой облако «квазиреальных» фотонов, находящихся почти на массовой поверхности. Эти фотоны, провзаимодействовав между собой, детектируются уже как реальные фотоны.

Энергия фотонов, сталкивавшихся в эксперименте, составляла десятки ГэВ, а ожидаемое сечение рассеяния ~10^-30 см²  - на многие порядки больше, чем когда-либо можно было рассчитывать. Первые же опыты в 2015 году показали признаки взаимодействия фотонов друг с другом. Новая серия столкновений ядер свинца в конце 2018 г позволила значительно увеличить статистику и довела значимость сигнала до 8.2 сигма - теперь это полноценное открытие. При этом расчет по Стандартной Модели дает сечение 49±5 nb, а измеренное составило 78±13 nb - в полтора раза больше. Видимо цифры еще будут уточняться. Результат представляется интересным не только из-за потенциального расхождения теории с экспериментом, но и как уникальная возможность проверить новые теории. Прежде всего - квантовую электродинамику в экстремально нелинейном режиме. а также некоторые теории, предсказывающие существование аксионов.

[ivanij]

  Это интересный результат. Я думаю, что можно даже открыть соответствующую тему в "Горизонтах..."

[LV46]

Первые же опыты в 2015 году показали признаки взаимодействия фотонов друг с другом.

Ну не первые, скажем так.
Боковая отталкивающая сила света
https://arxiv.org/abs/0903.5117

[a_babich]

Ну не первые, скажем так.

Первые, так как

Боковая отталкивающая сила света
https://arxiv.org/abs/0903.5117

не имеет отношения к рассеянию фотонов на фотонах, о котором  шла  речь

[LV46]

не имеет отношения к рассеянию фотонов на фотонах, о котором  шла  речь

Речь шла о:

признаки взаимодействия фотонов друг с другом

Поэтому я привёл признаки взаимодействия фотонов друг с другом датированные 2009-м годом.

[Foma]

arXiv:1907.06906: ³_ΛH and (anti)³_ΛH lifetime measurement in Pb-Pb collisions at √s= 5.02 TeV via two-body decay

Еще один интересный результат был опубликован на днях коллаборацией ALICE. Они изучали свойства гиперядер - связанных состояний нуклона и гиперона - которые рождались в столкновениях ядер свинца. Гиперядра представляют большой интерес для астрофизики. Они могут образовываться в нижней коре массивных нейтронных звезд и, согласно расчетам, должны сильно менять их свойства. Учет гиперонов дает заметно меньший предел на максимальную массу нейтронной звезды - примерно 1.5 M_sun против ~2...2.5 M_sun для обычного нейтронного вещества, что противоречит открытиям миллисекундных пульсаров с M=1.9...2.1  M_sun. Такая ситуация получила название "загадки гиперонов" и до сих пор не нашла своего разрешения.
Детектор ALICE изучал одно из простейших гиперядер - гипертритон ³_ΛH, то есть ядро трития ³H, в котором один из нейтронов заменен на Λ-гиперон, частицу с кварковым составом (uds), чуть тяжелее протона. Согласно расчетам, гипертритон - довольно "рыхлая" система. Энергия связи Λ-гиперона составляет всего 130 кэВ, среднее расстояние между Λ и дейтроном - 10.6 фм, а время жизни τ почти не отличается от такового для свободного Λ (~260 пс). Последний параметр и определяют в экспериментах. За свою короткую жизнь гипертритон успевает пролететь несколько десятков сантиметров и, замерив число распадов гиперядер на разных расстояниях от места рождения, можно найти τ.


Время жизни гипертритона по данным различных измерений. Черная сплошная - время жизни свободного Λ, цветные пунктиры - теоретические оценки по разным моделям.

Время жизни ³_ΛH, пытались определять еще с 60х годов, но о вменяемой точности тогда не было и речи. Последние лет 10, когда гиперядра стали массово производить на коллайдерах RHIC, SIS и LHC, ситуация качественно изменилась. Оказалось, что ³_ΛH, живет существенно меньше свободного Λ и меньше всех теоретических предсказаний, полученных в разных постановках. Новый результат ALICE (красный маркер на рис выше) имеет хорошую точность, но несмотря на сравнительную близость к расчетам, картину сильно не меняет. Теперь средняя по всем экспериментам величина составляет τ=206±14 пс (красная полоса на рис.), что на 4σ отличается от базовой теории. Если же брать только высокоточные измерения последних лет, то получается величина τ=189±21 пс, что еще дальше от прогнозов.
Остается констатировать, что даже простейшие адронные системы таят в себе какие-то особенности, до сих пор неучтенные теоретиками. Не говоря уже о недрах нейтронных звезд.

[Foma]

arXiv:1909.09193 Running of the top quark mass from proton-proton collisions at √s= 13 TeV

Коллаборация CMS Большого Адронного Коллайдера впервые измерила бегущую массу топ-кварка - один из важных эффектов, который проявляется на больших энергетических масштабах.
Квантовая хромодинамика (КХД), описывающая кварки и глюоны, предсказывает, что фундаментальные параметры сильного взаимодействия не являются универсальными постоянными, а вообще говоря зависят от энергии. В частности с ростом энергии (то есть с уменьшением расстояния) убывает эффективная константа связи. Поэтому в пределе r→0 кварки перестают взаимодействовать между собой -  известный эффект асимптотической свободы, увенчанный нобелевкой 2004 г.  Похожая ситуация была предсказана и для массы кварков, которую они согласно Стандартной Модели обретают за счет взаимодействия с полем Хиггса. Соответствующая константа взаимодействия также должна убывать, поэтому и масса кварка (в таком случае ее называют "бегущей") должна немного отличаться на высоких энергиях.


Масса топ-кварка от энергии (нормировано на m_t при 476 ГэВ)

Изучая вопрос, CMS исследовала процесс рождения пар топ-кварк/антикварк в широком диапазоне энергий, недоступном предыдущим экспериментам. Сечение рождения пары определяется массой кварка, что и позволяет найти ее с приемлемой точностью. Оказалось, что на малых энергиях масса топ-кварка соответствует стандартной величине, а ближе к 1 ТэВ уменьшается примерно на 10-15%. Это первое экспериментальное свидетельство эффекта бегущей массы для топ-кварка, что важно как само по себе, так и в плане перепроверки КХД, так и для поиска новой физики в ТэВном диапазоне. После обработки всех данных (здесь только за  2016 г) результат вероятно будет еще уточнен.

[Foma]

любопытная новость про коллайдер, но не Большой.

Новосибирские физики впервые наблюдали процесс прямого рождения псевдовекторной частицы в электрон-позитронной аннигиляции

Речь идет о ВЭПП-2000 -  электрон-позитронном коллайдере Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, одном из 7 ныне действующих коллайдеров. Установка создавалась с начала 2000х, приступила к работе в 2010, а после очередной модернизации достигла в 2017 г проектных параметров и стала самой производительной (по числу столкновений в единицу времени) в своем диапазоне энергии (2 ГэВ). За счет этого ВЭПП-2000 может исследовать редкие процессы, которые другие коллайдеры не увидят в силу малой статистики. В сравнении с БАКом энергия пучков конечно невелика, но ее достаточно, чтобы, например, родить пары протон-антипротон или нейтрон-антинейтрон, а главное - всевозможные мезоны. Вероятность рождения некоторых из них очень мала, а рождение других - вообще запрещено Стандартной Моделью. Собственно результат ВЭПП-2000 относится к первой категории: впервые удалось зарегистрировать аннигиляцию электрона и позитрона в известный короткоживущий резонанс f₁(1285), возбужденное состояние системы из легких (u или d) кварка и антикварка.

По итогам работы опубликована статья в Physics Letters B,  вероятность обратного процесса, распада мезона f₁(1285) → e⁺e^-, оказалась равной 5×10^-9. Полученные результаты представляют интерес в плане интерпретации экспериментов по измерению аномального магнитного момента мюона (вклад сильного взаимодействия и квантовые петли).
Ну и вообще, приятно узнать, что у нас еще занимаются экспериментальной физикой элементарных частиц на достойном уровне и получают интересные результаты. Не бозон Хиггса конечно, но все ж.

[Foma]

arXiv:2003.04831: Measurement of CP-averaged observables in the B⁰→K^∗0μ⁺μ⁻ decay



Вышла новая статья про аномалию в распаде B⁰-мезона. В ходе этого распада  b-кварк за счет слабого взаимодействия превращается в s-кварк и испускает мюон-антимюонную пару. Процесс сильно подавлен в Стандартной Модели (СМ) и потому рассматривается как один из способов поиска новых частиц, влияние которых может исказить ситуацию. В 2013 г коллаборация LHCb сообщила об 3.7σ отклонении от предсказаний СМ в одной из угловых характеристик распада.  Другие эксперименты - японский Belle на электрон-позитронном коллайдере KEKB и CMS на LHC - подтвердили наличие аномалии, но в силу больших погрешностей вопрос не прояснили. В ходе дальнейшего набора статистики и уточнения теоретических предсказаний отклонение эволюционировало в пределах 3-3.4σ, но рассасываться упорно не желало. Новая статья оперирует вдвое большей статистикой, чем раньше, и, несмотря на это, дает такое же отклонение, 3-3.3σ. Интрига сохраняется.
Как ожидается, вопрос должен окончательно закрыть эксперимент Belle II, который в 2019г начал набор статистики на коллайдере SuperKEKB. Если аномалия будет подтверждена, это откроет большой простор для интерпретаций - от неучтенных эффектов в сильном взаимодействии до существования нового векторного бозона.

[Goodricke]

Главный магнит для детектора коллайдера NICA привезли в Дубну

https://nplus1.ru/news/2020/11/06/mpd

https://nica.jinr.ru/physics.php

В России уже появился маленький коллайдер 

[Goodricke]

Российские учёные открыли новую элементарную частицу с помощью Большого адронного коллайдера

Новый резонанс обнаружен в эксперименте CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН

https://rg.ru/2021/03/05/rossijskie-uchenye-otkryli-novuiu-elementarnuiu-chasticu.html
https://mipt.ru/news/novyy_rezonans_obnaruzhen_v_eksperimente_cms_na_bolshom_adronnom_kollaydere_v_tsern

[ivanij]

 Наверное, нобелевский результат?

[Goodricke]

Физики впервые наблюдали рождение трех W-бозонов на адронном коллайдере

Исследователи ЦЕРН заявили о рождении сразу трех больших W-бозонов в результате столкновения частиц на Большом адронном коллайдере.

W-бозоны считаются одними из самых фундаментальных строений во Вселенной. Их открыли всего 40 лет назад, но они по сей день продолжают предоставлять физикам новые возможности для исследования. Изучение этих частиц позволило ученым проверить предсказания Стандартной модели, измеряя вероятность редких процессоров распада.

https://riafan.ru/1493306-fiziki-vpervye-nablyudali-rozhdenie-treh-w-bozonov-na-adronnom-kollaidere

[Goodricke]

Физики обнаружили дважды открыто очарованный тетракварк

На эксперименте LHCb Большого адронного коллайдера обнаружили новую частицу — тетракварк Tcc⁺, который состоит из двух очарованных кварков и двух легких антикварков — верхнего и нижнего. Это первая надежно открытая частица такого типа, в составе которой имеется два очарованных кварка вместо пары кварк-антикварк, и наиболее стабильный из найденных экзотических адронов. Об открытии физики заявили на онлайн-конференции Европейского физического общества, коротко о результате сообщается на сайте Института ядерной физики имени Будкера, чьи ученые стали соавторами работы.

https://nplus1.ru/news/2021/07/29/tetraquark

[Diman]

"Физики обнаружили дважды открыто очарованный тетракварк

На эксперименте LHCb Большого адронного коллайдера обнаружили новую частицу — тетракварк Tcc+, который состоит из двух очарованных кварков и двух легких антикварков — верхнего и нижнего. Это первая надежно открытая частица такого типа, в составе которой имеется два очарованных кварка вместо пары кварк-антикварк, и наиболее стабильный из найденных экзотических адронов. Об открытии физики заявили на онлайн-конференции Европейского физического общества, коротко о результате сообщается на сайте Института ядерной физики имени Будкера, чьи ученые стали соавторами работы."

Фантастика! Всё больше и больше элементарных частиц становится известно. Что бы сказал Резерфорд с его первобытными приборами, сделанными иногда из консервных банок, с первым ускорителем на всего лишь 200 кЭВ - кило электронвольт, да Карл, кило! Не мега и гига

[Alexandr911]

Фантастика! Всё больше и больше элементарных частиц становится известно

Делить энергию энергией и восхищаться. Не напоминает ребенка-абстракциониста, рушащего замок из кубиков, и зовущего родителей посмотреть на каждый раз разный "рисунок" на полу?