​Сотрудники совместной лаборатории Института ядерной физики СО РАН и НГУ принимают участие в одном из двух самых больших экспериментов, ведущих набор и анализ данных при столкновениях пучков протонов сверхвысоких энергий в Большом адронном коллайдере, расположенном в ЦЕРНе (Европейском центре по физике высоких энергий).

Коллаборация ATLAS образована в 1992 году, сейчас она включает более 180 институтов и университетов из 38 стран мира, более 3 тысяч физиков и около тысячи студентов. Набор данных при столкновениях протонов рекордных (для «сотворенных» человеком) энергий ведется с 2010 года, программа исследований распланирована до конца 2030-х годов. ИЯФ СО РАН участвует в коллаборации ATLAS с 1995 года, в 2014 г. была образована совместная с НГУ лаборатория.

ATLAS — это большой детектор элементарных частиц. Его длина — 44 метра, диаметр — 25 метров, он содержит несколько самых современных подсистем для регистрации различных частиц и расположен в шахте Большого адронного коллайдера на глубине около 100 метров. Одноименный эксперимент посвящен изучению физических процессов, протекающих при столкновении протонов сверхвысоких энергий. Все дело в том, что чем больше энергия, тем больше вероятность рождения все более тяжелых (и поэтому исчезающе редких в нашем «привычном» мире) частиц — следствие знаменитого «E = mc2» Эйнштейна. Однако роль этих частиц была важна на ранних этапах возникновения и развития нашей Вселенной. Кроме того, согласно современным представлениям физиков, все пространство «пропитано» конденсатом элементарных скалярных частиц — хиггсовских бозонов. Именно из-за взаимодействия с ними другие известные элементарные частицы «приобретают» ненулевую массу. Существование хиггсовских бозонов было предсказано теоретиками еще в 60-х годах XX века, однако в течение почти пяти десятилетий его не удавалось обнаружить. Наконец, в 2012 г. бозон Хиггса был открыт коллаборациями ATLAS и CMS, а трем предсказавшим его теоретикам была присуждена Нобелевская премия по физике.

Бозон Хиггса стал последним недостающим элементом Стандартной модели (современной теории микромира). Однако известно, что она неполна — не включает гравитацию, а также так называемую «темную материю», о которой из астрофизических наблюдений мы знаем пока только, что она проявляется через гравитацию и крайне слабо взаимодействует с известной нам материей. Поэтому поиск так называемой «новой физики» (выходящей за пределы Стандартной модели) и прецизионное изучение свойств и взаимодействий уже известных, но редких частиц (хиггсовских бозонов, тяжелых t- и b-кварков, экзотических адронов), которые могут оказаться «окном в новую физику», являются приоритетными задачами для физиков ATLAS'а и наших друзей и конкурентов из коллаборации CMS. Сейчас в мире нет и в ближайшие два десятилетия не появится других экспериментальных установок, где эти задачи могут решаться лучше и быстрее, — объяснил старший научный сотрудник Междисциплинарного центра физики элементарных частиц и астрофизики Физического факультета НГУ Алексей Масленников.

Физики лаборатории участвуют в анализе физических процессов, в частности в группе по изучению свойств хиггсовского бозона в канале распада на четыре лептона (фундаментальных частиц с полуцелым спином, не участвующих в сильном взаимодействии) и поиску более тяжелых хиггсовских бозонов, предсказываемых расширениями Стандартной модели. В настоящее время готовится журнальная публикация по итогам анализа всей статистики, набранной детектором ATLAS в ходе «Захода 2» с 2015 по 2018 год. Также новосибирские исследователи принимают участие во многих работах по поддержке и развитию программного кода для обеспечения работоспособности калориметров детектора ATLAS, моделирования, реконструкции и идентификации частиц в них, в том числе для подготовки к будущим сезонам набора данных.

И поглотители, и электроды электромагнитных калориметров имеет очень сложную форму, напоминающую аккордеон. Описать их геометрию в пакете программ для моделирования детекторов GEANT4 и создать эффективные алгоритмы для разыгрывания энерговыделения и сбора сигнала при прохождении частиц в неоднородном электрическом и магнитном поле — очень непростая задача. Андрей Сухарев (старший научный сотрудник ФФ НГУ) занимается этим с 2001 года и является главным экспертом. Несколько лет назад он и Дмитрий Максимов (старший преподаватель ФФ НГУ) смогли не только устранить редкие ошибки, вызванные неточным описанием геометрии, но и ускорить программу на 15 %, что позволило сэкономить значительную долю компьютерных ресурсов и потратить их на моделирование дополнительного числа событий. Сейчас решается задача реорганизации программного кода для обеспечения его работы в многопроцессорной среде, рассказал о значимости работ новосибирских ученых Алексей Масленников.

По словам специалиста, всего в калориметрах на жидком аргоне детектора ATLAS более 182 тысяч каналов электроники. Для каждого из них во время набора статистики надо регулярно измерять, проверять на разумность и сохранять в базе данных параметры отклика на сигналы от калибровочного генератора.

Без этого не обеспечить необходимое для получения физических результатов энергетическое разрешение и подавление фонов. Виктор Бобровников (старший научный сотрудник, инженер ФФ НГУ) и Ольга Резанова (старший преподаватель ФФ НГУ) занимаются разработкой программного обеспечения для контроля качества калибровок электроники калориметра и статуса каналов. Благодаря квалификации и усилиям экспертов и дежурных в 2018 году доля «непригодных для обработки» данных составила 2,5 %, а в среднем по «Заходу 2», продолжавшемуся с 2015 по 2018 год, — 5 %, подчеркнул Алексей Масленников.

Источники

Новосибирские ученые поучаствовали в эксперименте на Большом адронном коллайдере
Новосибирский государственный университет (nsu.ru), 26/07/2019

Похожие новости

  • 19/09/2019

    НГУ и ИЯФ СО РАН представили на форуме «Технопром» инновационную методику лечения рака

    ​​C 18 сентября в рамках VII Международного форума технологического развития «Технопром» Новосибирский государственный университет и Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера представят стенд, посвященный совместной работе центра бор-нейрозахватной терапии онкологических заболеваний.
    485
  • 15/08/2019

    Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

    ​Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.
    410
  • 12/05/2016

    Ученые представили результаты анализа всех доступных данных по измерению осцилляций Bs-мезонов

    Коллектив ученых из эксперимента LHCb на Большом адронном коллайдере, в состав которого входит группа из Новосибирского государственного университета и Института ядерной физики СО РАН, выяснил, с какой вероятностью B0s-мезон, состоящий из прелестного антикварка и странного кварка, превращается в свою античастицу и наоборот.
    1619
  • 09/06/2018

    ИЯФ СО РАН предоставит площадку для лечения

    ​Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН готов предоставить на своей территории площадку для лечения методом бор-нейтронозахватной терапии онкобольных, которым не помогают другие методы. Это должно быть временным решением до появления специализированной клиники, проект которой разрабатывается в Новосибирском государственном университете.
    1398
  • 26/08/2016

    Ученые СО РАН представили результаты работы на Международной конференции в области высоких энергий

    ​Специалисты Новосибирского государственного университета и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН приняли участие в 38-й Международной конференции в области физики высоких энергий в Чикаго (ICHEP-2016).
    3095
  • 22/09/2016

    В Новосибирске планируют создать клинику для лечения методом БНЗТ

    ​Новосибирский государственный университет в сотрудничестве с российскими и зарубежными научными организациями работает над реализацией масштабного проекта по созданию клиники для лечения глиобластомы мозга и других онкологических заболеваний с помощью метода бор-нейтронозахватной терапии и ускорительного источника нейтронов Института ядерной физики им Г.
    3422
  • 27/04/2016

    Руководитель радиационного центра ИЯФ СО РАН - об электронной пастеризации продуктов

    Радиационный центр Института ядерной физики СО РАН и Новосибирского государственного университета был открыт в июле 2014 года. С начала 2016 года на территории России и ряда стран СНГ разрешено использовать холодную электронную пастеризацию пищевых продуктов.
    2965
  • 22/08/2018

    Учеными впервые запечатлены флуктуации при квантовом фазовом переходе

    Физики впервые смогли напрямую зафиксировать локальную динамику системы, которая совершает квантовый фазовый переход, — аналог таких процессов, как конденсация и кристаллизация. В результате ученые пронаблюдали квантовый аналог пузырей пара, которые появляются в воде во время кипения.
    979
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    766
  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    1975