CERN

Život i priključenija jednog detektora

Samo nekoliko meseci nakon što je LHC ponovo pušten u rad, naučnici predstavili nova otkrića najpopularnije laboratorije na planeti

Tekst: Ivana Horvat

Nakon dvogodišnjeg remonta, Veliki hadronski sudarač (LHC) krenuo je u aprilu ove godine sa radom moćniji nego ikada. Na nedavno završenoj konferenciji European Physical Society High Energy Physics, održanoj u Beču, naučnici okupljeni oko eksperimenta CMS (Compact Muon Solenoid) prezentovali su seriju novih rezultata.

Najnoviji rezultati uključuju prve analize eksperimentalnih podataka sakupljenih u drugoj fazi rada LHC-a od juna 2015. godine na energijama od 13 TeV. Takođe su predstavljeni i rezultati novih analiza podataka iz prve faze sakupljeni na nižim energijama od 7 TeV i 8 TeV tokom 2011. i 2012. godine.

Detektor CMS jedan je od dva eksperimenta na  LHC-u u CERN-u. Ova džinovska naprava ima za cilj da dođe do novih otkrića u fizici, koja bi ujedno dovela do stvaranja neke nove fizike. Detektor je dizajniran tako da registruje širok spektar čestica i fenomena koji nastaju pri sudarima snopova protona i teških jona na visokim energijama. Međutim, ova moćna mašina pomoći će nam da saznamo odgovor na jedno još ekskluzivnije pitanje: „Od čega je sačinjen univerzum i koje sile deluju unutar njega?“  

Istovremeno, ovaj detektor omogućava najpreciznija merenja svojstava već poznatih čestica, kao i izučavanja potpuno novih, nepredviđenih fenomena. Ovakva istraživanja ne samo da doprinose boljem razumevanju svemira, već dovode do stvaranja novih tehnologija koje mogu da promene svet u kome živimo.

Za konstrukciju i vođenje ovog džinovskog detektora bilo je potrebno 16 godina rada, 2900 fizičara i preko 1000 inženjera sa 182 naučna instituta iz 42 države sveta.

Fabrika hadrona

Najznačajniji prvi rezultat CMS-a na energiji 13 TeV predstavlja rekonstrukciju putanja naelektrisanih čestica hadrona, nastalih u sudarima dva snopa protona. Ova analiza obično se sprovodi  na početku rada hadronskih sudarača u novom režimu energija.

Protoni su složene čestice sastavljene od kvarkova i gluona. Pri sudaru dva protona na ovako visokim energijama dolazi do interakcija njihovih gradivnih elemenata. Svaki sudar protona proizvodi erupciju naelektrisanih hadrona, kao što su pioni (π) i kaoni (K) koji se razleću u svim pravcima.

Broj ovih čestica zavisi od energije sudara: što je veća energija, i njihov broj je veći. Zato je vrlo važno da se precizno odredi broj naelektrisanih hadrona koji se stvara na novoj energiji sudara, kako bi se odredila i preciznost teorijskih modela korišćenih pri sumulacijama.

Za rekonstrukciju događaja na licu mesta naučnici su koristili takozvani Treker. Pri isključenom magnetskom polju, zabeleženo je nekoliko stotina hiljada sudara. Rezultati merenja u eksperimentu CMS su u saglasnosti sa teorijskim modelima, a očekuje se da nas dovedu korak bliže novoj fizici na rekordnoj energiji od 13 TeV.

Rekordne energije, rekordna merenja

Važna provera performansi detektora CMS na energiji od 13 TeV leži u njegovoj sposobnosti da registruje poznate čestice, od omega mezona do Z bozona. Čestice u ovom spektru su inače otkrivene u periodu od nekoliko desetina godina, dok je detektoru CMS bilo dovoljno samo par nedelja da ih odjednom registruje na energiji od 13 TeV.

Sprovedena su detaljnija izučavanja nekoliko procesa na energiji 13 TeV. Najznačajniji detalj ovih izučavanja predstavlja prvo opažanje spektra dva džeta čestica do energija 5 TeV čime se potvrđuje sposobnost i spremnost detektora CMS za potencijalna otkrića u domenu nove fizike na ovim rekordnim energijama. Džetovi predstavljaju specifične hadronske strukture sačinjene od kvarkova i gluona na osnovu kojih se identifikuje prisustvo kvarkova, a koji inače ne mogu da se detektuju kao samostalne čestice.

Sumiranje rezultata

Eksperiment CMS nastavlja sa analizom eksperimentalnih podataka iz prve faze rada akceleratora koji su sakupljeni na energijama 7 i 8 TeV. Na nedavno završenoj konferenciji u Beču prezentovano je više od 30 novih rezultata.

Kvarkovi su elementarne čestice koje sačinjavaju protone, neutrone i sve ostale složene čestice, tj. hadrone. Ima ih šest vrsta i dolaze u parovima: up-down, top-bottom, charme-strange.

Iako je otkriven pre dvadeset godina, top (t) kvark i dalje igra značajnu ulogu u merenjima i potragama za novom fizikom. Novi rezultati eksperimenta CMS povezanih sa ovaim kvarkom uključuju brzinu produkcije para top-antitop u analiziranom uzorku hadrona i merenje procesa sa top-antitop i bottom-antibottom parovima.

Pored ovih procesa, nastavlja se potraga za indikacijama nove fizike, a među kojima značajno mesto zauzima najnovije izučavanje procesa: t→cH, gde se Higs bozon transformiše u fotone (TOP-14-019). Kad je reč o Higs sektoru, u međuvremenu su sprovedene tri vrste pretraga Higs bozona izvan Standardnog modela i ta izučavanja su se odnosila na kanal raspada Higs bozona koji u finalnom stanju sadrži tau leptone. S druge strane, analize sprovedene u sektoru supersimetrije uključile su potragu za kandidatima tamne materije, kao i za drugim supersimetričnim česticama.

Istražite druge tekstove:


Grb Republike Srbije
ecsite nsta eusea astc

CPN
Ulica kralja Petra 46
11000 Beograd
Republika Srbija
+381 11 24 00 260
centar@cpn.rs