​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

  • 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.
    395
  • 03/09/2018

    На пути к бор-нейтронозахватной терапии

    В проект «Академгородок 2.0» вошли сразу две заявки, касающиеся бор-нейтронозахватной терапии — эффективного метода борьбы с неизлечимыми онкологическими заболеваниями. О мерах, которые предпринимаются для того, чтобы проект поскорее воплотился в жизнь, и о том, какие на этом пути есть препятствия, говорили на круглом столе на VI Международном форуме технологического развития и выставке «Технопром».
    1401
  • 06/02/2019

    Готов эскизный проект первых шести станций ЦКП СКИФ

    ​Команда проектного офиса центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» и сотрудники Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН объявили о готовности эскизного проект первых шести экспериментальных станций.
    1055
  • 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.
    475
  • 15/07/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии двух новых возбужденных состояний прелестного бариона, которые, возможно, являются новой частицей Λb (1D) (лямбда-б барион (1D)) или Σb (сигма-б барион).
    361
  • 07/03/2016

    В ИЯФ СО РАН разработали ключевые компоненты нового коллайдера

    ​ ​В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН созданы вакуумные камеры, корректирующие магниты, электроника регистрации и программное обеспечение для установки SuperKEKB, которая монтируется в японской Лаборатории физики высоких энергий (КЕК) в Цукубе.
    2722
  • 28/02/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу, которая уточнит кварковую модель

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).
    820
  • 14/04/2017

    На коллайдер SuperKEKb в Японии установили детектор Belle II с российским оборудованием

    В ускорительном центре КЕК (Цукуба, Япония) завершена установка детектора Belle II в место встречи пучков коллайдера SuperKEKB, сообщает пресс-служба КЕК. Общий вес детектора превышает 1400 тонн. Одна из его ключевых систем – 40-тонный электромагнитный калориметр на основе кристаллов йодистого цезия – был создан и разработан при определяющем участии Института ядерной физики им.
    1491
  • 16/10/2017

    Пассажиров аэропорта Дели проверяет техника, разработанная учеными ИЯФ СО РАН

    Система рентгенографических сканеров Express Inspection, совместной разработкой которых занимался Новосибирский Институт ядерной физики им Г. И. Будкера СО РАН и Орловский завод «Научприбор», проходит апробацию в Индии.
    1068
  • 27/03/2019

    Эксперимент в ЦЕРН подтвердил существование редких многокварковых состояний

    Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), 26 марта на конференции Moriond QCD объявила об обнаружении в распадах Λb-бариона трех пентакварков – «экзотических» структур, состоящих из пяти кварков.
    429