Международная группа исследователей совместно с коллаборацией CMS достигла впечатляющих результатов в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН). Ученым удалось с беспрецедентной точностью определить светимость при столкновении пучков в Большом адронном коллайдере, что открывает новые возможности для изучения процессов взаимодействия элементарных частиц. Результаты этого прорывного исследования уже опубликованы на официальном сайте ЦЕРНа.
Большой адронный коллайдер представляет собой уникальное достижение современной науки — самый мощный и масштабный ускоритель заряженных частиц в мире. В этом грандиозном сооружении происходят столкновения пучков адронов, включая протоны. Каждую секунду огромные группы протонов, насчитывающие около 100 миллиардов частиц, сталкиваются 25 миллионов раз. Интересно, что из-за микроскопических размеров протонов большая их часть проходит мимо друг друга, что создает определенные сложности в подсчете реальных столкновений.
Антон Бабаев, научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, объясняет: «Светимость — это показатель интенсивности столкновений частиц в коллайдере. При изучении процессов рождения новых частиц крайне важно точно знать количество произошедших столкновений. Именно поэтому точность измерения светимости играет ключевую роль в исследовании процессов микромира».
Для вычисления светимости используются комплексные данные о распределении и интенсивности частиц в пучках, а также показания специальных детекторов-люминометров. Эти приборы не считают столкновения напрямую, а измеряют энергию и характеристики продуктов столкновений. В текущем исследовании были проанализированы данные экспериментов 2015-2016 годов.
В масштабном международном проекте приняли участие ведущие научные центры со всего мира: специалисты ЦЕРНа, Принстонского университета, исследовательского центра DESY, Университета Кентербери, Будапештского университета им. Лоранда Этвеша, Университета штата Канзас и Ратгерского университета.
Исследователи разработали инновационный трехэтапный метод подсчета светимости. На первом этапе применяется техника сканирования Ван дер Меера, при которой происходит контролируемое смещение сгустков протонов с одновременной регистрацией показаний люминометров. Второй этап включает введение необходимых корректировок для устранения искажений, возникающих из-за особенностей работы детекторов. На заключительном этапе проводится мониторинг стабильности калибровки всех измерительных приборов.
Особое внимание было уделено моделированию и анализу данных сканирования Ван дер Меера, в частности изучению электромагнитного взаимодействия сталкивающихся пучков. Важной частью работы стала разработка нового алгоритма для расчета относительной нелинейности детекторов-люминометров.
Результаты превзошли все ожидания: погрешность измерения светимости для экспериментов 2015 года составила всего 1,6%, а для 2016 года — впечатляющие 1,2%. Это достижение вдвое превосходит предыдущие показатели точности. Такой прогресс открывает новые горизонты в изучении элементарных частиц, позволяя получать более точные данные о процессах их взаимодействия.
