CMS представляет первые результаты для 13 ТэВ на конфе
advertisement
CMS представляет первые результаты для 13 ТэВ на конференции EPS-­‐HEP, 2015 г. Коллаборация CMS в ЦЕРН представляет серию новых физических результатов на конференции EPS-HEP, проходящей в Вене (Австрия) с 22 по 29 июля 2015 г. Среди них -- первый анализ данных второго сеанса LHC “Run 2”, набранных с начала июня 2015 г. при энергии 13 ТэВ в с.ц.м., а также более 30 новых физических анализов, выполненных на данных первого сеанса LHC “Run 1”, полученных при энергиях 7 и 8 ТэВ в 2011 и 2012 гг. соответственно. Ниже приведены некоторые из этих результатов, представленных на еонференции. Событие рождения двух высокоэнергетичных струй частиц инвариантной массой 5 ТэВ/c2, зарегистрированное экспериментом CMS в столкновении протонов с энергией 13 ТэВ. 1. Рождение заряженных адронов Ярким событием стали самые первые физические результаты CMS по данным LHC при 13 ТэВ – измерение числа заряженных частиц, образующих в столкновении протонов, и их траекторий. Подобные исследования обычно являются одними из первых измерений, выполняемых на адронных коллайдерах при начале исследований в новой области энергий. Вследствие неэлементарности протонов, состоящих из кварков и глюонов, при столкновении двух протонов при высоких энергиях в действительности происходит взаимодействие кварков и глюонов, содержащихся в них. Таких событий случается несколько на одно столкновение, вследствие чего образуются “брызги” заряженных адронов, таких, как пионы или каоны, летящих во всех направлениях. Число этих частиц зависит от энергии – чем больше энергия, тем больше число рождаемых частиц. Поэтому так важно точно определить число частиц, рождаемых при новых энергиях LHC, чтобы убедиться в корректности теоретических моделей, используемых при моделировании. Эти измерения осуществлялись с помощью трекерной системы CMS, ответственной за измерение траекторий заряженных адронов. При нулевом магнитном поле трекер использовался для анализа несколько сотен тысяч событий столкновений. Измерения эксперимента CMS хорошо описываются теоретическими моделями и в дальнейшем помогут аккуратно определить фон для поиска новой физики при 13 ТэВ. ДЕТАЛИ: CMS измерил дифференциальные распределения множественности заряженных адронов по псведобыстроте (dN/dη) для значений псведобыстрот |η| < 2 (рис.1). В частности, значение множественности в центральной области быстрот (|η|<0.5) составило 5.49 ± 0.01 (стат.) ± 0.17 (сист.) на столкновение. 21 июля 2015 г. статья с этими результатами была направлена в журнал Physics Letters B, препринт также доступен по адресу https://cds.cern.ch/record/2036310/ Рисунок 1: Измеренная множественность заряженных адронов как функция псевдобыстроты (слева) и множественность в центральной области псевдобыстрот в сравнении с предыдущими измерениями при более низких энергиях и предсказаниями теоретических моделей (справа). 2. Переоткрытие элементарных частиц и проверка потенциала открытий Важный тест физических характеристик детектора CMS при 13 ТэВ заключается в наблюдении уже известных частиц. На рис. 2 представлено массовое распределение пар мюнов, зарегистрированных детектором CMS при столкновениях протонов. Отчетливо различимые пики распределения соответствуют частицам в массовом диапазоне от омега-мезона (ω) до Z-бозона. Все частицы в этом спектре изначально открывались в течение нескольких десятилетий, а детектор CMS при энергии 13 ТэВ увидел их всего за несколько недель. Более детальная информация по изучению характеристик CMS доступна по адресу https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/CMSPublic/PublicPlotsEPS2015. Рисунок 2: Распределение событий по инвариантной массе пар мюонов при 13 ТэВ. Ряд процессов при 13 ТэВ был исследован детально. Одним из наиболее ярких результатов является первый анализ спектра инвариантных масс для событий парного рождения струй вплоть до 5 ТэВ/c2 (рис. 3), демонстрирующий готовность CMS к поиску новой физики при этих энергиях. Рисунок 3: Спектр инвариантных масс для событий парного рождения струй. Также показано ожидаемое распределение сигнала от гипотетической частицы с массой 4.5 ТэВ/c2, распадающейся на две струи. 3. Завершение анализа данных первого сеанса LHC Коллаборация CMS продолжает физический анализ данных первого сеанса LHC “Run 1”, набранных при энергиях 7 и 8 ТэВ – более 30 новых результатов были недавно одобрены коллаборацией для представления на конференции EPS-HEP. Эти результаты включают измерения двухфотонного рождения пары W-бозонов (FSQ-13-008), отношения выхода струй при энергиях 2,76 ТэВ и 8 ТэВ (SMP-14-017), совместного рождения двух фотонов и струи (SMP-14021) и электрослабого рождения W-бозона и двух струй (SMP-13-012). Открытый более 20 лет назад топ-кварк продолжает играть важную роль и как объект самостоятельного изучения, и как инструмент для поиска новой физики. Новые результаты CMS включают измерения выхода пар топ-антитоп в чисто адронном канале (TOP-14-018) и процессов рождения кварк-антикварковых пар одновременно для топ и боттом кварков с лептоном и струями в конечном состоянии (TOP-13-016). Кроме того, были продолжены поиски сигналов новой физики в канале t→cH с распадом бозона Хиггса на два фотона (TOP-14-019). Наряду с этим, в области исследований самого бозона Хиггса было выполнено три анализа по поиску распадов этой частицы за рамками стандартной модели взаимодействий с тау-лептонами в конечном состоянии (HIG-14-029, HIG-14-033, HIG-14-034). В рамках программы по обнаружению суперсимметрии были проведены поиски кандидатов в частицы темной материи и других суперсимметричных частиц (SUS-13-023, SUS-14-003, SUS-14-015). Результаты первого сеанса LHC “Run 1” по физике тяжелых ионов основаны на данных столкновений протонов, протонов с ядрами свинца и ядер свинца друг с другом. Они включают измерение поляризации Υ-мезонов в зависимости от полной множественности заряженных частиц (HIN-15-003), изучение выхода Z-бозонов (HIN-15-002), измерения функций фрагментации струй в протон-ядерных столкновениях (HIN-15-004) и ядерной модификации выхода Υ-мезонов в столкновениях ядер свинца (HIN-15-001). Более подробную информацию можно найти на сайте CMS: http://cern.ch/cms или обращайтесь cms.outreach@cern.ch CMS является одним из двух многоцелевых экспериментов на LHC, которые были созданы для поиска новой физики. Он предназначен для регистрации широкого спектра частиц и обнаружения явлений, возникающих в протон-протонных взаимодействиях и взаимодействиях тяжелых ионов на LHC. CMS поможет ответить на такие вопросы, как: "Из чего на самом деле состоит Вселенная и какие силы действуют в ее пределах?" Эксперимент изучает свойства известных частиц с беспрецедентной точностью, а также осуществляет поиск совершенно новых, не предсказанных ранее явлений. Такие исследования не только улучшают наше понимание того, как функционирует Вселенная, но, в конечном итоге, могут вызвать технологический прорыв, который изменит наш мир, как это часто бывало в прошлом. Концептуальный проект эксперимента CMS датируется 1992 г. Создание гигантского детектора (15 м диаметром, около 29 м длиной и весом 14000 тонн) потребовало 16 лет усилий одной из крупнейших международных научных коллабораций, существовавших когда-либо: в настоящий момент CMS объединяет 2900 ученых (включая около 1000 студентов) и 1000 инженеров и техников из 182 институтов и исследовательских лабораторий, расположенных в 42 странах по всему миру.
