Коллайдер завершил год бомбардировкой неона

Большой адронный коллайдер 26 ноября завершил набор данных и ушел на зимние каникулы. В 2017 году крупнейший в мире ускоритель набрал рекордный объем статистики — свыше 50 обратных фемтобарн, что на 20 процентов больше, чем в прошлом году. Последние две недели в БАК проводились сеансы «специальной физики», один из наиболее интересных — бомбардировка протонами неподвижных атомов неона в детекторе LHCb. Этот процесс имитирует столкновения высокоэнергетических космических лучей с верхними слоями атмосферы Земли, а также позволяет исследовать образование кварк-глюонной плазмы. Физикам впервые удалось одновременно собирать данные о двух совершено разных типах столкновений (протон-протонных и протон-неоновых с неподвижной мишенью) на одном детекторе, говорится в сообщении на сайте коллаборации LHCb.

Помимо протон-протонных столкновений, на Большом адронном коллайдере проводят ряд экспериментов с тяжелыми ядрами. Так, почти каждый год физики изучают столкновения столкновение ядер свинца или свинца и протонов. В 2017 году на БАК впервые исследовались столкновения между ядрами ксенона. В таких экспериментах на очень короткое время возникает кварк-глюонная плазма, сверхплотное и очень горячее состояние, в котором кварки и глюонное поле нельзя разделить на набор отдельных адронов. Считается, что в таком состоянии находилась Вселенная в первые микросекунды после Большого Взрыва. Исследование кварк-глюонной плазмы позволяет лучше понять, как возникла привычная нам адронная материя.

Особенность нового эксперимента состояла в том, что в коллайдере происходило сразу два вида столкновений: протон-протонные с пониженной энергией и столкновения протонов с почти неподвижными атомами неона.Столкновения протонов на суммарной энергии 5,02 тераэлектронвольт (вместо «стандартных» 13) были необходимы в качестве сравнения, чтобы интерпретировать данные более ранних экспериментов с ядрами свинца. Одновременно с понижением энергии, физики эксперимента LHCb поместили в трубу протонного пучка (неподалеку от точки пересечения встречных пучков) небольшое количество газообразного неона.

Так как неон не ускорялся БАКом, то столкновения протонов с его атомами можно интерпретировать как бомбардировку неподвижной мишени. Одновременно с этим в точке пересечения пучков происходили столкновения ускоренных протонов, стандартные для коллайдера. Физики отличали эти взаимодействия в режиме реального времени, по расположению точки, из которой разлетались осколки столкновений — мюоны и антимюоны. Протон-протонные столкновения происходили в центре детектора, а протон-неоновые были немного смещены (на несколько десятков сантиметров).

Изначально методика введения неона в вакуумную трубу с протонами была разработана для того, чтобы оценить светимость коллайдера — техническую характеристику, показывающую как часто могут происходить взаимодействия в небольшом сечении. В 2015 и 2016 году LHCb проводил похожие эксперименты с введением в трубу ускорителя «неподвижных» гелия и аргона, но совместного сбора данных двух типов столкновений не было. Физики отмечают, что анализ столкновений с неподвижной мишенью и столкновений встречных пучков — сильно отличающиеся методики и даже сравнивают их объединение с Теорией великого объединения трех фундаментальных взаимодействий.

Сейчас начинается традиционная остановка коллайдера на техническое обслуживание и усовершенствование детекторов. Она продлится до апреля 2018 года. Затем, вплоть до декабря 2018 года БАК будет собирать данные протон-протонных столкновений. Следующая техническая остановка продлится два года — ожидается, что по ее результатам эксперимент LHCb в частности и коллайдер в целом значительно ускорят набор данных.

Via nplus1