Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из ведущих мировых вузов и коллаборации CMS проводят в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) исследование светимости, наблюдаемой при столкновении пучков Большого адронного коллайдера, для точного подсчета числа столкновений протонов. Им удалось определить светимость с рекордной точностью, что позволит уменьшить интервалы допустимых значений для различных величин, характеризующих процессы взаимодействия элементарных частиц.

Результаты экспериментов опубликованы на сайте ЦЕРНа.
Большой адронный коллайдер — это самый крупный и самый мощный на сегодняшний день ускоритель заряженных частиц. В нем пучки адронов — класс частиц, в который входят, в том числе, протоны, — ускоряются и сталкиваются. Группы из 100 миллиардов протонов сталкиваются 25 миллионов раз в секунду. Большинство протонов проходят точку взаимодействия без столкновений, поэтому реальное количество столкновений протонов в десятки раз меньше. Причина в том, что протоны крошечные, и поэтому между ними много места, а достаточно маленькой камеры, чтобы увидеть, сколько столкновений происходит за каждый проход, нет. Сейчас ученые-физики работают над новыми методами точности подсчета таких столкновений.

«Интенсивность столкновений отдельных частиц при столкновении пучков в коллайдере мы называем светимостью. Когда физики рассматривают отдельные процессы рождения каких-то частиц в столкновениях отдельных протонов или ядер, вычисляют параметры таких процессов и погрешность таких расчетов, им необходимо знать, сколько вообще было столкновений и какова точность, с которой это число известно. Поэтому точность измерения и/или моделирования светимости является основным фактором, определяющим погрешности величин, характеризующих процессы микромира, для исследования которых и построен Большой адронный коллайдер»,— поясняет научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Антон Бабаев.

Светимость вычисляется исходя из данных о распределении частиц в пучках при столкновении, интенсивности пучков и измерений детекторов-люминометров. Детекторы не измеряют количество столкновений напрямую. Они измеряют, например, количество энергии, выделившееся в сенсорах при прохождении через них продуктов столкновения, или количество таких прохождений, обладающих определенными характеристиками. Для проведения анализа измерений светимости ученые взяли данные 2015-2016 годов Большого адронного коллайдера.

Работа является частью исследовательской программы коллаборации CMS. В исследовании принимали участие специалисты ЦЕРНа, ученые из Принстонского университета (США), исследовательского центра DESY (Германия), Университета Кентербери (Новая Зеландия), Будапештского университета им. Лоранда Этвеша (Венгрия), Университета штата Канзас (США), Ратгерского университета (США) и Томского политеха.

Для подсчета светимости ученые применяют трехэтапный метод. Сначала они аккуратно смещают сгустки протонов из их нормального положения, в процессе перемещения одновременно проводится запись значений счетчиков люминометров. Этот метод называется сканированием Ван дер Меера. Он используется для определения светимости и позволяет измерить размер пучка и плотность протонов в сгустках. Однако на этом этапе метод может дать значения с искажением из-за чувствительности люминометров к основным условиям сбора данных. Поэтому на втором этапе вводятся разнообразные коррекции. На последнем этапе ученые следят за тем, насколько стабильна во времени абсолютная калибровка всех люминометров. Например, сравнивают измерения для разных люминометров, и как они изменяются с течением времени.

«Ученые ТПУ проводили моделирование и анализ данных ван-дер-Меер сканирования пучка, особенно — электромагнитного взаимодействия сталкивающихся пучков с целью определения величины сдвига орбиты пучка и изменения перекрытия пучков вследствие такого взаимодействия, — добавляет Антон Бабаев. — Одна из задач заключалась в разработке алгоритма вычисления относительной нелинейности детекторов-люминометров».

В результате работы коллаборация ученых установила, что погрешность измерения светимости для экспериментов, проведенных в 2015 году, может быть принята равной 1,6%, а для экспериментов, проведенных в 2016 году — 1.2%. Полученный результат примерно в два раза лучше использовавшихся ранее. По словам ученых, переоценка погрешности светимости позволит уменьшить погрешности для различных величин, характеризующих процессы взаимодействия элементарных частиц.

​Фото: детектор CMS Большого адронного коллайдера  

Похожие новости

  • 09/09/2016

    Разработки томичей заинтересовали Airbus Safran Launchers

    ​Представители компании Airbus Safran Launchers - лидера европейской космической промышленности заинтересовались технологиями и наработками сибирских ученых, сообщает пресс-служба Томского государственного университета.
    2567
  • 10/12/2016

    По мнению экспертов, большие данные уже перешагнули границу научного мира

    ​В Томском политехническом университете работает первая международная школа по Big Data (большим данным). Ее участниками стали ведущие исследователи из России, Великобритании, США и Италии. Профессор Университета Генуи (Италия) Дарио Барберис и директор физического факультета университета Ланкастера (Великобритания), профессор Роджер Джонс поделились со Службой новостей мнением о роли больших данных в жизни современного человека.
    2023
  • 02/11/2020

    Физики ТГУ и СО РАН создадут материалы, выдерживающие 2 тыс градусов

    ​​Физики Томского госуниверситета (ТГУ) и Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ) ТНЦ СО РАН будут разрабатывать для авиа- и судостроения жаропрочные сплавы и покрытия, выдерживающие от 2 тысяч градусов Цельсия; первые испытания запланированы на лето 2021 года, сообщил РИА Томск заведующий лабораторией нанотехнологий металлургии вуза Илья Жуков.
    554
  • 24/12/2020

    Алексей Гоголев: «Мы сумели выполнить все обязательства и не снизить планку»

    И.о. руководителя Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ рассказал о достижениях коллектива школы в 2020 году, планах и задачах на следующий год.  2020 год в силу понятных причин стал для нас крайне непростым, но мы достойно выдержали удар, сумев выполнить все обязательства по грантам, программам, не допустить снижения основных индикаторов исследовательской деятельности.
    1184
  • 02/03/2021

    Участники проекта «Палеозой» завершили изучение архивных данных о нефтяных отложениях доюрского комплекса

    Завершен очередной этап проекта «Палеозой», направленного на создание технологий поиска трудноизвлекаемых запасов нефти в отложениях доюрского комплекса. Над его реализацией работают представители Центра индустриальной интеграции «Газпромнефть – Технологические партнерства», «Газпромнефть-Востока», Томского политехнического университета и компаний – партнеров.
    511
  • 11/03/2021

    Эксперты предлагают новые разработки для развития фотоники

     Более 30 проектов по развитию фотоники предложили к реализации участники стратегической сессии в Пермском государственном национальном исследовательском университете (ПГНИУ). Завершилось проведение стратегической сессии «Стратегическое развитие консорциума и Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению сквозной технологии Фотоника на 2021-2024 годы», организованной Центром компетенций по сквозной технологии НТИ «Фотоника» ПГНИУ совместно с Пермской научно-производственной приборостроительной компанией.
    502
  • 29/06/2018

    Как ученые ТПУ помогают искать жизнь во Вселенной

    ​Исследование межзвездной среды, поиск экзопланет, изучение Солнечной системы - все это происходит в основном в лабораториях, где обрабатываются данные с межпланетных космических станций или мощных телескопов.
    1344
  • 27/07/2021

    Физики ТПУ установили новые алмазные детекторы для эксперимента CMS на Большом адронном коллайдере

    ​На одном из крупнейших детекторов Большого адронного коллайдера — CMS — на днях прошла замена системы мониторинга радиационного фона и параметров сталкивающихся пучков. Одна из важных частей системы — система аварийного сброса пучка BCML, необходимая для защиты отдельных узлов CMS и их электроники от критических радиационных повреждений.
    776
  • 20/02/2021

    На российско-британском форуме эксперт ТПУ рассказал о сотрудничестве с Университетом Heriot-Watt

    ​Директор Центра Heriot-Watt ТПУ Валерий Рукавишников принял участие в российско-британском форуме по транснациональному образованию. В своем выступлении он рассказал о 20-летнем опыте сотрудничества Томского политеха и Heriot-Watt University.
    985
  • 17/03/2021

    «Начинку» датчиков для беспилотников и высокочувствительный прибор для измерения разности напряжений разработали в ТПУ аспиранты из Вьетнама

    Электронные компоненты датчиков для автономной навигации беспилотников и высокочувствительный прибор для измерения разности напряжений разработали в Томском политехническом университете молодые ученые из Вьетнама Ло Ван Хао и Буй Дык Бьен.
    617