Великий адронний коллайдер оновив власний рекорд світності

Великий адронний колайдер збільшив кількість згустків протонів, які одноразово циркулюють у кільці прискорювача, до 2220 штук - це максимум, можливий цього року. Світність колайдера при цьому (величина, що показує, як часто можуть стикатися протони) досягла позначки, що на 10 відсотків перевищує проектну. При таких параметрах прискорювач збирає статистику прискорень, еквівалентну всім зіткненням 2015 року, менше, ніж за 10 днів. Про це повідомляє прес-реліз CERN.

Світність - одна з найважливіших наукових характеристик роботи колайдерів. Вона показує, яка кількість взаємодій між частинками може відбуватися в перетині пучка в секунду. Ця величина пропорційна виробу кількості частинок у кожному із зустрічних пучків. Для зручності в якості одиничного перерізу фізики вибрали барн - 100 квадратних фемтометрів, цей майданчик приблизно відповідає перерізу атомного ядра. Зараз світність колайдера відповідає приблизно 10³⁴ можливих протон-протонних взаємодій, в квадратному сантиметрі пучка за секунду, що еквівалентно 10^-5 зворотних фемтобарн (трильйонних часток барна) за секунду.

Також для зручності обсяг статистики, що набирається експериментами колайдера, вважається у зворотних фемтобарнах: якби світність була постійною, то інтегральну світність можна було б вирахувати, просто помноживши час роботи колайдера на світність. Важливо зауважити, що не всі частинки пучка стикаються з іншими протонами. Тому світність важко безпосередньо пов'язати з кількістю зіткнень - для цього необхідно детально вивчити всі сценарії зіткнення протонів і визначити сумарну ймовірність зустрічі. Зараз фізики оцінюють, що при сучасній світності за одну секунду відбувається близько одного мільярда протон-протонних зіткнень.

Важливим параметром, що впливає на світність, є кількість згустків протонів, що знаходяться одночасно в кільці прискорювача. У перші роки роботи БАК їх кількість повільно збільшували від двох згустків до 43 і так далі. У червні інженери досягли позначки 2076 згустків у кожному з двох пучків, що рухаються назустріч один одному. Зараз ця величина сягнула 2220, що, за словами представників експерименту, становить максимум, можливий у 2016 році. Проектний максимум кількості пучків - 2808, але зараз він недосяжний через неполадки в роботі протонного суперсинхротрона - невеликого (порівняно з БАК) прискорювача, який розганяє протони перед інжекцією («впорскуванням») в колайдер.

За 2016 рік БАК зібрав вже понад 23 зворотні фемтобарни статистики зіткнень протонів на енергії 13 тераелектронвольтів. Для порівняння, за 2015 рік ця величина склала близько чотирьох зворотних фемтобарн. Очікується, що прискорювач пропрацює ще два місяці до щорічної технічної перерви. Завдяки істотному збільшенню статистики фізикам вже вдалося «закрити» кілька піків, що вказували на не передбачені Стандартною моделлю частинки, - вони виявилися всього лише статистичними флуктуаціями.

Так, два тижні тому вчені оголосили про зникнення в нових даних двофотонного надлишку з енергією 750 гігаелектронвольт. Цікаво, що локальна статистична значимість піку в певний момент досягала майже чотирьох сигма, що лише трохи відрізнялося від необхідної для відкриття частинки. Це призвело до появи понад 540 теоретичних робіт, що пояснюють, чим може бути невідомий бозон. Аналогічно був закритий сплеск при двох тераелектронвольтах.

Великий адронний коллайдер - найбільший на даний момент прискорювальний експеримент з фізики елементарних частинок. Всередині кільця протони прискорюються до енергій близько 6,5 тераелектронвольт і стикаються в чотирьох точках перетинів зустрічних пучків. У цих точках розташовуються основні експерименти БАК - ATLAS, CMS, ALICE і LHCb. Одним з головних наукових результатів роботи коллайдера стало відкриття бозона Хіггса, про яке фізики оголосили в 2012 році. Цікаво, що бозон вже проявився і в новій статистиці, зібраній в 2016 році.