Люди мира, услышьте!

Главная / LHC / Новости LHC

В понедельник 6 декабря на Большом адронном коллайдере состоялся последний в 2010 году сеанс работы с пучками. Вечером коллайдер был остановлен на рождественские и новогодние праздники; работы возобновятся теперь только 24 января, а протонные пучки будут вновь запущены в ускоритель в середине февраля. Финальным аккордом в 2010 году станет специальное мероприятие, которое пройдет в ЦЕРНе 17 декабря и на котором будут представлены доклады со всех шести детекторов коллайдера.

Это, однако, вовсе не означает, что физики могут спокойно отправляться на каникулы. Напротив, у детекторщиков именно сейчас началась самая жаркая пора. Их работа расписана по дням и часам — для примера, см. слайды сегодняшней презентации на «five-o'clock»-семинаре коллаборации ALICE. Буквально завтра начнется аккуратное вскрытие детекторов, которое продлится около недели. Примерно на месяц сотрудники коллабораций получат доступ к внутренностям своих детекторов для мелкого ремонта и замены деталей. Затем — недельное закрытие детекторов и тестирование аппаратуры.

Параллельно с этим во всех коллаборациях будет вестись обработка данных, накопленных за этот год. Уже опубликованные научные результаты 2010 года, базировались на очень скромной светимости (несколько обратных пикобарн), а с тех пор статистика возросла в десяток раз. Именно в ближайшие месяц-два стоит ожидать полную обработку всей этой статистики. Новые результаты по мере появления будут докладываться на зимних конференциях.

В пятницу 3 декабря в ЦЕРНе прошла однодневная конференция, посвященная рождению очарованных и прелестных адронов на Большом адронном коллайдере. На ней были представлены доклады как экспериментаторов, работающих на LHC, так и теоретиков, изучающих эти частицы «на кончике пера» и надеющихся с помощью данных LHC найти ответы на свои вопросы.

Напомним, что адроны — это частицы, составленные из кварков. Всего имеется шесть типов или, как говорят физики, «ароматов» кварков — u, d, s, c, b, t (почему их в природе именно шесть, до сих пор неизвестно). Протоны и нейтроны составлены из легчайших кварков u и d. Так называемые «странные частицы» содержат s-кварк, который слегка тяжелее. «Очарованные» и «прелестные» адроны содержат еще более тяжелые и более нестабильные кварки — соответственно c и b. Наконец, самый тяжелый кварк (t, топ-кварк) живет так мало, что вообще не образует адронов и изучается отдельно.

Большой адронный коллайдер обычно ассоциируется с такими задачами, как поиск бозона Хиггса и других необычных частиц и явлений, проверкой разных экзотических теорий. Очарованные и прелестные частицы открыты десятилетия назад, и может показаться странным, что в научной программе LHC нашлось место и им. На самом деле интерес к этим частицам связан с тем, что, внимательно изучая вероятности рождения этих частиц, их распределения по энергии, их поляризацию, можно еще глубже узнать многие особенности сильного взаимодействия.

Так, например, до сих пор очень неопределенными остаются расчеты сечения рождения разных возбужденных состояний чармония — системы, состоящей из c-кварка и его же антикварка (хотя ситуация сейчас, конечно, намного лучше, чем десять лет назад, когда теория отличалась от эксперимента в сотни раз). Еще одна загадка, которая уже несколько лет мучает физиков, — какова природа разнообразных очарованных мезонов, которые условно называются X-, Y-, и Z-состояниями и про которые известно, что они точно не вписываются в обычную кварк-антикварковую схему. Являются ли они четырехкварковыми состояниями, адронными молекулами или же чем-то еще? Физики надеются, что эксперименты на LHC дадут ответы на многие подобные вопросы.

2 декабря в ЦЕРНе прошла презентация первых научных результатов, полученных на Большом адронном коллайдере в столкновении ядер свинца. Три экспериментальных группы, набиравших данные по ядерным столкновениям (ATLAS, CMS, и ALICE), выступили со своими докладами о наиболее интересных результатах. Файлы с презентациями свободно доступны на сайте ЦЕРНа.

Коллаборация ATLAS рассказала об обнаруженном ими дисбалансе адронных струй, который свидетельствует о важном явлении — гашении струй в кварк-глюонной плазме. CMS представила результаты по рождению тяжелых мезонов (J/ψ и Υ), а также Z-бозонов, которые до этого вообще никогда не регистрировались в столкновении ядер. Кроме того, CMS тоже показала данные по дисбалансу струй. Наконец, коллаборация ALICE, чей детектор оптимизирован именно для ядерных столкновений, увидела гашение струй несколько иначе — через распределение рожденных адронов по поперечному импульсу. Представлены также данные по эллиптическому потоку и даже первые измерения физических условий внутри сгустка кварк-глюонной плазмы (объем, время жизни до остывания, вязкость). Кроме того, детектор ALICE увидел и некоторые легкие антиядра — анти-дейтерий, анти-тритий, анти-гелий-3.

Статистика ядерных столкновений продолжает накапливаться, и, по всей видимости, через месяц-два будут представлены и новые результаты ядерных столкновений.

LHC работает в режиме столкновений ядер свинца меньше месяца, но экспериментальные группы уже рапортуют о первых научных результатах. Недавно мы писали об обнаружении детектором ALICE эллиптического потока, указывающего на образование кварк-глюонной плазмы при столкновении ядер. А на днях появилась статья коллаборации ATLAS, которая зарегистрировала еще один эффект, характерный для кварк-глюонной плазмы, — гашение адронных струй.

Несмотря на впечатляющие успехи по настройке Большого адронного коллайдера и по увеличению светимости, в поведении пучков по-прежнему отмечаются некоторые странности, не получившие пока удовлетворительного объяснения. Подчеркнем сразу, что речь идет не о физических процессах в столкновении протонов, а о поведении пучков в то время, когда они спокойно летят в вакуумной трубе между точками столкновений.

Так, в июле этого года, в ходе нормальной работы коллайдера, системы, следившие за поведением пучка, зарегистрировали внезапный рост локального энерговыделения. Говоря проще, на каком-то участке своей траектории пучок вдруг потерял часть протонов. Аварийной ситуации это резкое энерговыделение не создало, ни один магнит не потерял сверхпроводящего состояния, но пучок в целях безопасности был сброшен. Следующее такое событие повторилось в начале августа. По мере увеличения интенсивности пучков они стали происходить всё чаще, и к началу октября их набралось уже с десяток.

Необычность таких событий заключалась в том, что рост энерговыделения происходил очень быстро, примерно за одну миллисекунду. Была выдвинута рабочая версия, что каждое такое событие было вызвано падением микроскопической пылинки в вакуумной трубе прямо сквозь пучок. Поскольку было непонятно, что это за пылинки там падают и почему, эти события даже окрестили «UFOs» — той же аббревиатурой, что используется в английском языке для «летающих тарелок», только с несколько иной расшифровкой: unidentified falling objects (неопознанные падающие объекты). Чтобы система безопасности не реагировала столь чувствительно на подобные события, в октябре был поднят порог, выше которого дается сигнал на сброс пучка. Тем не менее такие события продолжали наблюдаться и после этой корректировки.

В принципе, сейчас никаких существенных проблем для работы коллайдера (кроме потери нескольких часов) эти события не представляют. Однако техников беспокоит то, что они начнут происходить всё чаще и чаще при увеличении интенсивности пучков и в следующем году будут всерьез вмешиваться в работу коллайдера. Поэтому в программу работ по дальнейшей настройке коллайдера на 2011 год включен вопрос и о происхождении этих пылинок и о методах их нейтрализации. Более подробную информацию об этой проблеме можно прочитать в докладе Роджера Бэйли, сделанном 17 ноября на 104-м заседании Комитета по экспериментам на LHC.

Несмотря на то что последние две недели на Большом адронном коллайдере изучаются в основном столкновения ядер свинца, несколько дней было также выделено и для дальнейшей отладки протонных пучков. Как сообщается на странице технических новостей LHC, к настоящему времени уже была опробована схема запуска, при которой сгустки следуют один за другим с временным интервалом всего 50 наносекунд. Напомним, что при таком близком расположении сгустков необходимо работать в режиме столкновений под углом и при этом тщательно контролировать поведение пучков, чтобы избежать их нестабильности. Количество сгустков достигало уже 824, а запускались они в ускоритель «поездами» по 48 сгустков. При этих параметрах, впрочем, наблюдались нежелательные потери протонов из пучков, что сказалось, среди прочего, на нагрузке на вакуумную и криогенную системы ускорителя. Столкновений протонов при таких интенсивностях не проводилось. Тем не менее ценная техническая информация, полученная в этих тестовых запусках, позволит зимой окончательно определиться с параметрами работы коллайдера в 2011 году.

Для тех, кто желает оперативно получать уведомления о новых научных результатах Большого адронного коллайдера, имеется удобный сервис на сайте ЦЕРНа. По этой ссылке собраны статьи и препринты коллабораций, касающиеся именно физики, а не технических аспектов. Внизу страницы можно подписаться на уведомления о новых поступлениях как по электронной почте, так и через канал RSS. Список статей можно также найти и на сайте Центра по физике на LHC.

18 ноября в архиве e-принтов появились две статьи коллаборации ALICE о первых научных результатах, полученных в столкновениях ядер свинца сверхвысоких энергий на LHC. Одна касается общего количества частиц, рождавшихся в столкновениях лоб в лоб; во второй изучается эллиптический поток — более тонкий эффект, возникающий при нецентральном столкновении ядер и напрямую рассказывающий о свойствах кварк-глюонной плазмы.

Большой адронный коллайдер продолжает успешно набирать статистику ядерных столкновений. На сайте детектора ALICE можно найти впечатляющие иллюстрации того, как выглядит в детекторе типичное столкновение двух ядер с рождением тысяч отдельных частиц. За прошедшую неделю специалисты сумели резко, в сотню раз, поднять светимость ускорителя. В каждом из двух встречных пучков циркулирует уже по 121 сгустку (проектное значение — 592), а мгновенная светимость достигает 2·10²⁵ см^–2·с^–1 (это 2% от проектного значения). Напомним, что в протонном режиме работы переход от одного к сотне сгустков занял несколько месяцев. Столь быстрый рост количества сгустков сейчас объясняется тем, что магнитная система ускорителя и все системы безопасности были тщательно настроены и отлажены во время протонных сеансов работы.

Стоит отметить, что светимость ядерных столкновений всё равно остается на порядки меньше, чем при протон-протонном режиме работы. С одной стороны, это объясняется тем, что ядра свинца извлекаются из вещества и накапливаются в пучках гораздо более медленными темпами, чем протоны. С другой стороны, для тех вопросов, которые физики собираются изучать в «ядерном» режиме работы, слишком высокие светимости и не нужны. Самой важной характеристикой, которую стремятся оптимизировать ускорительщики, является частота интересных столкновений. Частота столкновений вычисляется как произведение светимости коллайдера на сечение процесса. В протонных столкновениях по-настоящему интересные события происходят редко и имеют сечение меньше нанобарна, что при светимости 10³² см^–2·с^–1 дает не более нескольких событий в минуту. Для изучения же кварк-глюонной плазмы в ядерных столкновениях сгодится почти каждое прямое соударение двух ядер, а оно имеет сечение примерно 8 барн, и потому частота интересных событий уже достигает десятка в секунду.

Весь ближайший месяц Большой адронный коллайдер будет работать в режиме столкновений ядер свинца. Благодаря этим экспериментам с пучками тяжелых ядер, задача которых — изучить поведение сверхгорячего комка ядерного вещества, на короткое время образующегося в момент столкновения ядер, — будут получены новые данные о свойствах сильного взаимодействия.

Работа Большого адронного коллайдера в 2010 году в режиме протон-протонных столкновений подходит к концу. В целом, все инструментальные задачи, поставленные на этот год, были выполнены. За последние недели интенсивность протонных пучков в ускорителе многократно возросла, и в течение прошедшей недели эксперименты велись уже с 368 сгустками на пучок. Пиковая светимость достигала значений 2·10³² см^–2·с^–1, а за один ночной сеанс набора данных накапливалась интегральная светимость около 6 pb^–1. Такой интенсивности уже в принципе достаточно для того, чтобы достичь в 2011 году запланированной отметки в 1000 pb^–1, но не исключено, что светимость пучков будет продолжать повышаться в следующем году.

Прямо сейчас на LHC тестируется работа с еще более плотной загруженностью пучка. Сгустки инжектируются в ускорительное кольцо с «зазором» по времени уже не 150, а 50 наносекунд. Успешный переход на 50-наносекундный режим позволит в следующем году удерживать еще больше сгустков в пучке, а значит, еще сильнее повысить светимость. Напомним, что проектное количество сгустков составляет 2808, а временной зазор — 25 нс, однако на проектные параметры ускоритель выйдет не ранее 2013 года.

Полная интегральная светимость, накопленная в основных детекторах коллайдера к настоящему времени, составляет уже примерно 50 pb^–1. Для сравнения можно упомянуть, что первые научные данные LHC, представленные в июле на главной конференции года по физике элементарных частиц, базировались примерно на светимости всего 0,2 pb^–1. При нынешних интенсивностях такая светимость накапливается примерно за 15 минут работы. Набранная к настоящему времени статистика сейчас обрабатывается, а найденные в ней научные результаты будут представлены на зимних-весенних конференциях.

В начале ноября ускоритель переключится на столкновения тяжелых ядер и проработает в таком режиме примерно месяц-полтора. Затем последует остановка на рождественские каникулы, а в январе возобновятся эксперименты с протонными пучками.

Статистика, мало-помалу накапливающаяся на детекторах Большого адронного коллайдера, уже позволяет физикам проверять разнообразные теоретические модели в недостижимой ранее области энергий. Поскольку отклонений от предсказаний Стандартной модели пока не наблюдается, эти эксперименты устанавливают новые ограничения на свободные параметры моделей. Например, совсем недавно коллаборация ATLAS сообщала о поиске новых контактных взаимодействий кварков. Отрицательный результат поиска позволил установить ограничение на энергетический масштаб такого взаимодействия — 3,4 ТэВ (то есть даже если новые умеренно сильные взаимодействия и существуют в природе, частицы-переносчики не могут быть легче этого значения).

На днях в архиве электронных препринтов появилась статья эксперимента CMS (arXiv:1010.4439), которая усиливает ограничение ATLAS. После изучения всех событий рождения двух адронных струй, найденных в интегральной светимости 2,9 pb^–1, отклонений от Стандартной модели также выявлено не было. Новое ограничение снизу на энергетический масштаб составило уже 4,0 ТэВ.

Эти же данные можно интерпретировать и как ограничение на «внутренний размер» кварков. Если бы кварки были очень компактными, но составными частицами, то при достаточно большой энергии их столкновений наблюдались бы новые контактные взаимодействия, отсутствующие в Стандартной модели. Отрицательный результат CMS означает, что кварки являются точечными частицами вплоть до масштаба примерно 0,5·10^–19 м, что примерно в 20 тысяч раз меньше размера протона.

Интенсивность протонных пучков в Большом адронном коллайдере продолжает расти. 4 октября физики приступили к экспериментам уже с двумястами сгустками на пучок. Светимость коллайдера в таком режиме работы превысила 6·10³¹ см^–2·с^–1. Всего с момента первых столкновений на полной энергии 7 ТэВ светимость коллайдера возросла уже в десяток тысяч раз. Ожидается, что до конца октября количество сгустков, а значит, и мгновенная светимость, вырастут еще в полтора раза. После этого в ноябре коллайдер переключится на столкновения тяжелых ядер и месяц проработает в таком режиме.

Неделю назад было обнародовано первое нетривиальное наблюдение, сделанное на Большом адронном коллайдере, — открытие дальних корреляций в протонных столкновениях. Похожее явление наблюдалось раньше в столкновениях тяжелых ядер, и ему теоретики уже предложили свои объяснения. Но тот факт, что оно при высоких энергиях начало проступать и в столкновении протонов (казалось бы, более простых и более изученных объектов!), оказался для них если и не неожиданным, то по крайней мере неочевидным.

Тем не менее за прошедшие дни в архиве электронных препринтов появилось уже три статьи, в которых утверждается, что ничего принципиально нового в этом явлении нет и что оно лишь отражает универсальные особенности того состояния сильновзаимодействующей материи, которое образуется сразу после соударений протонов. Так, буквально на следующий день после публикации экспериментальных данных свою короткую заметку (arXiv:4635) выложил Эдуард Шуряк, известный специалист по физике столкновений ультрарелятивистских ядер. Он подчеркивает, что если пытаться объяснить это явление через трубки силовых полей (см. пояснения в конце нашей новости), то необходимо предположить наличие некой «взрывной сердцевины», которая тоже образуется в столкновении протонов и которая разметает эти силовые трубки в стороны. Такой механизм, по-видимому, работает в ядерных столкновениях; ожидалось, что он при достаточно большой энергии заработает и в соударениях протонов, но конкретных предсказаний никто не давал.

Более подробный анализ содержится в статье arXiv:1009.5295 за авторством целого коллектива теоретиков, разрабатывающих модель «конденсата цветового стекла» (color glass condensate) — подхода к описанию сильного взаимодействия в условии высоких плотностей. (Глазма, про которую шла речь в нашей новости, — одно из явлений, возникающих в этом подходе.) В этой статье были предъявлены расчеты корреляций, и их результаты очень напоминают то, что наблюдал детектор CMS. В частности, эти корреляции становятся сильнее при умеренно большом поперечном импульсе (в области нескольких ГэВ) и уменьшаются с его ростом. Условно говоря, частицы со слишком большим поперечным импульсом «выпадают» из насыщенного состояния и теряют свою скоррелированность с другими частицами.

Наконец, свой оригинальный взгляд на ситуацию описывают в статье arXiv:1009.5229 физики из Протвино. В случае ядер, на их взгляд, ключевым является вращение, которое горячий комок материи совершает при неполностью центральном столкновении ядер. Это вращение может породить коллективные эффекты, одним из которых и являются дальние корреляции. Такой эффект может, по мнению авторов, сработать и для протонных столкновений.

Так или иначе, ситуация будет эволюционировать в ближайшее время, когда начнут появляться более подробные данные. Во-первых, при увеличении статистики эффект должен стать заметнее. Во-вторых, экспериментаторы должны рассказать, что именно за частицы ответственны за формирование «хребта» на диаграмме и отличается ли их набор от всей массы родившихся адронов. Кроме того, интересные результаты может дать и более тонкий анализ данных — например, изучение многочастичных корреляций. И в-третьих, специалисты по моделированию столкновений должны прояснить вопрос, действительно ли этот эффект нов — то есть действительно ли «стандартное» численное моделирование неспособно его воспроизвести.

Новые контактные взаимодействия — один из самых удобных для экспериментальной проверки вариантов «новой физики», который физики-теоретики предлагают искать на Большом адронном коллайдере. Такие взаимодействия возникают в разнообразных экзотических теориях, и их экспериментальное обнаружение стало бы поворотным моментом в развитии физики элементарных частиц. Заметить эти взаимодействия можно через угловое распределение рожденных частиц — с ростом их энергии и угла отклонения от оси их должно стать необычно много. Поиск таких аномалий, конечно, проводился и раньше, но Большой адронный коллайдер, благодаря своей рекордной энергии, может резко улучшить результаты, а значит, наложить гораздо более сильные ограничения на теоретические конструкции.

На днях в архиве электронных препринтов появилась статья коллаборации ATLAS (arXiv:1009.5069), в которой как раз описывался поиск признаков контактных взаимодействий в набранных данных. Для поиска использовалась статистика, соответствовавшая интегральной светимости 3,1 pb^–1. Проявлений контактных взаимодействий обнаружено не было. Это позволило физикам установить новое ограничение снизу на «массовый масштаб» этого взаимодействия — 3,4 ТэВ. Это число можно интерпретировать так: даже если новые умеренно сильные взаимодействия и существуют в природе, частицы-переносчики этого взаимодействия не могут быть легче этого значения. Такие образом, уже сейчас LHC начинает прощупывать недостижимый ранее диапазон масс возможных новых частиц. С увеличением светимости и энергии столкновений это ограничение возрастет еще в несколько раз.

После двухнедельной паузы возобновились столкновения протонных пучков на Большом адронном коллайдере. Работа сейчас идет уже в режиме столкновений под углом, и это позволяет запускать в коллайдер и организовывать столкновения еще большего числа сгустков, чем раньше. Они сейчас впрыскиваются в кольцо не по одиночке, а целыми «составами» по 8 сгустков, причем внутри каждого «состава» сгустки следуют друг за другом с очень небольшим временным интервалом — всего 150 наносекунд. 22 сентября в коллайдере циркулировало по 24 сгустка на пучок, днем позже — 56 сгустков/пучок, а 25 сентября начались эксперименты уже со 104 сгустками. Увеличение интенсивности сгустков сопровождается и ростом светимости, отслеживать которую можно на специальном онлайн-мониторе и на регулярно обновляемых графиках Lumi Plots. Остаток сентября и октябрь будут посвящены увеличению количества сгустков до нескольких сотен и поднятию светимости до значения 10³² см^–2·сек^–1.

Детектор CMS открыл новое явление в столкновениях протонов при высокой энергии — корреляции частиц, вылетающих в существенно разных направлениях. Похожий эффект наблюдался два года назад в ядерных столкновениях, но пока неизвестно, имеют ли эти два явления одинаковое происхождение.

Коллаборация LHCb, работающая на одном из четырех основных детекторов Большого адронного коллайдера, представила на днях первые результаты по рождению B-мезонов (или, на физическом жаргоне, «красивых», или «прелестных», мезонов). Так называют мезоны, имеющие в своем составе b-кварк — один из самых тяжелых кварков. Именно в этих мезонах наиболее отчетливо проявляется явление CP-нарушения — тонкое и до конца не понятое свойство нашего мира, которое в первые мгновения после большого взрыва привело к преобладанию материи над антиматерией. Изучение рождения и распада B-мезонов и является главной задачей эксперимента LHCb.

Программа по изучению B-мезонов в этом эксперименте очень обширна. Первым пунктом в ней стоит просто надежная регистрация прелестных мезонов, измерение частоты их рождения в протонных столкновениях (то есть сечение рождение B-мезонов) и сравнение результатов с теоретическими предсказаниями. Уже эти первые данные ожидались с интересом. Дело в том, что еще несколько лет назад физиков беспокоила так называемая «b-проблема»: экспериментальные данные существенно превышали теоретические расчеты (подробное описание проблемы по состоянию на 2002 год см. в заметке Тайна B-мезонов). Благодаря последним данным сейчас проблема стоит уже не так остро, но всё равно было очень интересно узнать, возникнет ли она снова на LHC с его рекордной энергией.

В препринте, появившемся на днях в архиве под номером arXiv:1009.2731, коллаборация LHCb описывает стратегию отбора событий и приводит результат измерения сечения инклюзивного рождения B-мезонов (то есть рождения B-мезонов в сопровождении любых других частиц): 75,3 ± 5,4 ± 13,0 μb в области быстрот от 2 до 6. Первая погрешность здесь статистическая, вторая — систематическая. Эти результаты сравниваются с двумя теоретическими расчетами и в пределах погрешностей согласуются с ними. Стоит, впрочем, подчеркнуть, что представленные результаты были получены на совершенно мизерной статистике — чуть больше 10 nb^–1. Уже сейчас накоплено в сотни раз больше данных, а к концу 2011 года статистика должна возрасти еще в сотню раз. Ее обработка позволит существенно уточнить результаты измерения. В целом, имеющееся согласие вселяет надежду, что новой b-проблемы на LHC не возникнет и что теперь можно сфокусировать внимание на более тонких аспектах B-физики.

На днях в архиве электронных препринтов появилась статья, в которой высказываются сомнения в надежности результатов Тэватрона по поиску хиггсовского бозона. Авторы критикуют методику сравнения экспериментальных данных с теоретическими расчетами, от которой зависит конечный вывод о его наблюдении или ненаблюдении.

В августе на LHC была достигнута мгновенная светимость 10³¹ см^–2·сек^–1, а набранная интегральная светимость превысила 3,5 pb^–1. Чтобы к концу 2011 года LHC набрал 1000 pb^–1, необходимо увеличить мгновенную светимость еще на порядок (то есть удерживать в пучке уже не 50, а несколько сотен сгустков). Для этого LHC надо перейти к режиму столкновений под углом, перенастроив магнитную систему вблизи точек пересечения.

На прошедшем на днях в Торонто Симпозиуме по адронным коллайдерам был сделан доклад о перспективах работы и планы модернизации LHC на период вплоть до 2035 года. В докладе Роджера Бэйли была обрисована следующая стратегия развития коллайдера:

• как и планировалось ранее: работа до конца 2011 года на энергии пучков 3,5 ТэВ, годовой перерыв для поднятия энергии до 7 ТэВ и работа до 2016 года;

• перерыв в 2016 году для модернизации цепочки предварительных ускорителей и детекторов и затем работа до 2020 года на повышенной интенсивности пучков;

• модернизация коллайдера до режима HL-LHC («LHC на высокой светимости»), что подразумевает полную перестройку мест пересечения пучков, и работа в таком режиме до 2030 года;

• переход к режиму HE-LHC («LHC на высокой энергии»), при котором пучки будут разгоняться до энергии 16,5 ТэВ на протон, а удерживать их будет магнитное поле 20 Тесла. Работа в таком режиме может продлиться до 2035 года и дальше.

Параллельно с этим рассматривается возможность подсоединения к LHC и электронного ускорителя, что позволит проводить на установке электрон-протонные столкновения (режим работы LHeC).

Разумеется, планы на 20-е и 30-е годы очень предварительны. Для того чтобы они претворились в жизнь, потребуется, во-первых, успешная работа LHC (как в техническом, так и научном плане) в ближайшие годы, а во-вторых, развитие технологий в соответствии с теми экстраполяциями, на которые рассчитывают специалисты. Немаловажным фактором будет, конечно, и экономическая ситуация десять лет спустя, а также прогресс в разработке и реализации иных ускорительных проектов.

25 августа состоялось внеочередное собрание финансового комитета ЦЕРНа, на котором обсуждалась напряженная ситуация с бюджетом организации. О результатах этой встречи кратко рассказал генеральный директор ЦЕРНа Рольф Хойер в своем обращении к сотрудникам. Напомним, что ЦЕРН, будучи международной исследовательской лабораторией, финансируется странами-участниками. Однако многие европейские страны сейчас сокращают расходы на научно-исследовательские проекты, как на национальном, так и на международном уровне. Потому подготовленный недавно пятилетний план финансирования на 2011–2015 годы, который ЦЕРН направил странам-участникам, был встречен отказом.

В результате ЦЕРН был вынужден пересмотреть проект пятилетнего бюджета, а значит и свои исследовательские планы. Конечно, главный приоритет лаборатории — работа Большого адронного коллайдера — никуда не делся и будет финансироваться в полном объеме. Однако время, выделяемое на работу некоторых других экспериментов, будет урезано. В частности, в 2012 году, когда LHC будет проходить модернизацию, в ЦЕРНе не будет вестись никаких ускорительных экспериментов. Кроме того, комплекс исследований, посвященных апгрейду коллайдера в далекой перспективе, будет вестись более медленными темпами, чем планировалось ранее. Так, новый предварительный ускоритель Linac4 будет введен в строй в 2016 году, а не годом ранее, как считалось раньше.

В ночь с 19 на 20 августа интенсивность протонных пучков на LHC возросла еще вдвое: сейчас эксперименты ведутся в режиме 48 сгустков на пучок (проектное значение составляет 2808 сгустков). Все детекторы успешно накапливают данные в таком режиме работы. Пиковая светимость уже превышала 6•10³⁰ см^–2 сек^–1. Напомним, что по сравнению с самыми первыми столкновениями на энергии 7 ТэВ в марте этого года светимость уже возросла в несколько тысяч раз. Однако для того, чтобы достичь целей, поставленных на 2010–2011 годы, светимость должна возрасти еще примерно в 20 раз.

17 августа в архиве электронных препринтов появилась статья коллаборации ATLAS, посвященная поиску экзотических сильновзаимодействующих частиц с большой массой. В Стандартной модели таких частиц нет, но они появляются в самых разных теоретических конструкциях, расширяющих Стандартную модель. Простейший пример: если кварки — не точечные частицы, а состоят из чего-то еще более фундаментального, то в принципе могут существовать «возбужденные кварки» по аналогии с возбужденными состояниями атомов или ядер. Родившись на LHC, такие частицы тут же распадаются на кварки или глюоны с большой энергией, которые за счет адронизации порождают две жесткие струи.

Поиск таких частиц на LHC — важный элемент научной программы коллайдера; ведь важно не только открывать нечто новое, но и ограничивать фантазии теоретиков о том, каким может быть наш мир. Именно о результатах поиска таких событий в накопленной статистике и сообщает коллаборация ATLAS. Как всегда, в таком анализе искомый «сигнал» приходится отлавливать на фоне очень большого «шума» — т. е. на фоне тех многочисленных событий, которые выглядят так же, но которые порождены не новыми частицами, а совершенно обычными процессами (подробнее об этом читайте в статье Анатомия одной новости, или Как на самом физики деле изучают элементарные частицы). Две жесткие струи могут возникнуть не только в результате распада новой тяжелой частицы, но и просто за счет упругого столкновения двух кварков или глюонов из встречных протонов.

Детектор ATLAS действительно нашел очень много таких двухструйных событий. Их количество довольно плавно зависело от энергии струй (а точнее, от инвариантной массы системы двух струй, которая характеризует «энергетичность» этого процесса). Если бы возбужденные кварки существовали, они породили бы заметный «пик» на этом гладком распределении. Такого пика найдено не было. Это означает, что если возбужденные кварки и существуют, они должны быть тяжелее 1,3 ТэВ, поскольку именно до этого значения масс простираются накопленные пока данные.

Конечно, такие поиски будут повторяться в будущем: чем больше будет накоплено статистики, тем более высокоэнергетические струи в ней будут попадаться, а значит, тем более тяжелые экзотические частицы сможет «почувствовать» LHC. Интересно, что уже сейчас полученный результат заметно превышает лучшее достижение Тэватрона (там были проверены лишь возбужденные кварки с массой до 0,8 ТэВ). В течение ближайшего года, когда накопленная статистика на LHC возрастет на порядки, ограничение на массу возбужденных кварков может повыситься еще раза в два.

20 июля завершился первый этап работы эксперимента LHCf — самого маленького из шести детекторов, установленных на Большом адронном коллайдере. Целью этого эксперимента было изучение нейтральных частиц, которые рождаются в протонных столкновениях и вылетают вперед, вдоль оси пучка (подробное описание детектора см. на странице Эксперимент LHCf). Эти измерения, выполненные при нескольких энергиях столкновений протонов, будут очень полезны астрофизикам: они помогут лучше понять то, как космические лучи высоких энергий порождают ливни частиц в земной атмосфере.

В 2009-м и 2010 годах детектор LHCf набирал статистику на полной энергии столкновений 0,9 ТэВ, а с 30 марта по 19 июля 2010 года — на энергии 7 ТэВ. За это время были накоплены сотни миллионов событий. Предварительные данные были представлены коллаборацией на прошедшей на днях конференции ICHEP-2010 (PDF-файл доклада, 11,3 Мб). Данные на энергии 0,9 ТэВ скоро будут направлены в печать, а 7-Тэвные данные находятся пока в стадии обработки.

Из-за того что детектор расположен фактически прямо под лучом, он получает огромные дозы жесткой радиации даже при тех скромных интенсивностях, которые пока достигнуты на LHC. Из-за этого материал детектора деградирует и уже не может надежно регистрировать частицы. Именно по этой причине 20 июля детектор LHCf был извлечен из ускорителя, ознаменовав тем самым завершение первого этапа работы эксперимента. Ожидается, что в 2011 году будет установлена улучшенная, более радиационно стойкая версия детектора для нового сеанса набора данных. Кроме того, кратковременный сеанс работы ожидается и в 2013 году, когда LHC выйдет на проектную энергию протонных столкновений 14 ТэВ.

29 июля, после недельной паузы, связанной с настройкой ускорителя, Большой адронный коллайдер вновь заработал — на этот раз в режиме 25 протонных сгустков на пучок. Сгустки теперь впрыскиваются в ускоритель не по одному, а целыми «очередями». Эта операция необходима для дальнейшего повышения количества сгустков в будущем, и именно ее отладке была, среди прочего, посвящена прошедшая неделя. Светимость коллайдера в точках пересечения пучков сейчас составляет 2,5·10³⁰ см^–2·сек^–1. Подробности см. в заметке Preparing for fast filling в последнем выпуске церновского бюллетеня.

26 июля на проходящей в Париже международной конференции по физике высоких энергий ICHEP-2010 директор ЦЕРНа по ускорительным технологиям Стив Майер представил расписание работы LHC в краткосрочной и долгосрочной перспективе, а также дал прогноз о количестве данных, которые будут набраны за это время. Как передает сайт коллаборации CMS в ОИЯИ, в 2012 году, как и планировалось ранее, LHC прервет свою работу на год для ремонта и замены соединений между секциями ускорителя. Сегодня было объявлено, что перерыв продлится 15 месяцев, после чего LHC будет работать непрерывно в течение почти 3 лет — до ноября 2015 года. Потом последует ещё один 15-месячный перерыв для подготовки к запуску на еще больших интенсивностях пучков, а затем — еще один трехлетний период работы.

При нынешних темпах набора статистики LHC к концу 2011 года должен будет набрать интегральную светимость порядка 1 обратного фемтобарна. К концу 2014 года, по прогнозам Майера, интегральная светимость на LHC достигнет 30 обратных фемтобарн. Ожидается, что интегральная светимость Тэватрона к тому моменту будет порядка 20 обратных фемтобарн — если, конечно, нынешние планы Тэватрона продлить срок службы до конца 2014 года будут одобрены. К концу 2019 года на LHC планируется набрать уже 300 обратных фемтобарн.

Подробности о текущем состоянии и планах LHC — в докладе Стива Майера (PDF, 3,4 Мб). Графики с расписанием работы и ожидаемой светимостью можно также найти в новости на сайте коллаборации CMS в ОИЯИ.

На проходящей в эти дни конференции ICHEP-2010 были представлены новые результаты по поиску хиггсовского бозона на Тэватроне. Одновременно с этим на сайте Национальной лаборатории им. Э. Ферми, в которой базируется Тэватрон, появился пресс-релиз про эти же данные. Тэватрон отчитывается о поиске бозона Хиггса регулярно, но в этот раз вестей ждали с особым нетерпением из-за возникших две недели назад слухов о якобы первом экспериментальном наблюдении этой частицы (см. подробности в нашей новости Никаких сюрпризов в поиске хиггсовского бозона пока не ожидается). Новые результаты таковы: хиггсовского бозона пока не видно, зато интервал масс, в котором существование бозона «закрыто» на уровне достоверности 95%, расширился до 158-175 ГэВ. Для сравнения можно взглянуть на данные полугодичной давности (объяснение того, что изображено на графиках, можно найти в нашей новости Тэватрон скоро начнет «чувствовать» хиггсовский бозон).

Коллаборация ALICE, работающая на Большом адронном коллайдере, представила результаты измерения дисбаланса между протонами и антипротонами, вылетающими под большим углом к оси столкновения. Эти результаты, по-видимому, ставят точку в споре, длившемся несколько лет.

В пятницу 23 июля в ЦЕРНе состоялся очередной доклад о ситуации на Большом адронном коллайдере. В нём было обрисовано то, что делалось на LHC последние две недели (речь касалась не физических исследований, а настройки самого ускорителя), и были озвучены планы на ближайшее время. Слайды доклада свободно доступны онлайн.

Докладчик рассказал, что неделю назад при работе с 13 сгустками в пучке наблюдался ряд нежелательных эффектов, которые могут усилиться в дальнейшем и потому требуют изучения и исправления. Сюда относится, например, потеря заметной части пучка сразу после начала столкновений из-за электромагнитного воздействия пучков друг на друга. Для аппаратуры эти потери опасности не представляют, но они приводят к падению светимости на 10-20% сразу после начала столкновений. Другой эффект — наличие «сгустков-призраков» (ghost bunches), маленьких сгустков, летающих в ускорителе в неправильных местах вдоль орбиты. Интенсивность сгустков-призраков невелика, в тысячу раз меньше рабочих сгустков, но они сталкиваются в неоптимальных местах внутри детектора и доставляют экспериментальным группам излишние проблемы. Имеются и другие технические трудности, с которыми специалисты пока не справились. Впрочем, для общей работы ускорителя они при нынешних интенсивностях несущественны.

В ближайшие дни количество сгустков в пучке будет доведено до 25. Затем в течение всего августа планируется вести столкновения в таком режиме без каких-либо подстроек. Это позволит детекторам накопить статистику в десятки раз большую, чем имеется сейчас, а ускорительщики получат возможность понаблюдать за долговременной стабильностью всех систем. После этого техники будут готовить ускоритель к новому рубежу — несколько сотен сгустков в пучке. Выход на этот режим необходим для достижения поставленной цели на 2010-2011 годы (накопить светимость порядка 1 fb^–1).

22 июля в Париже начала свою работу крупнейшая конференция по физике элементарных частиц ICHEP-2010. Такие конференции, которые по традиции называют «рочестерскими», проходят раз в два года; нынешняя конференция уже 35-я в этой серии. Научная программа конференции чрезвычайно обширна. В первые три дня будут сделаны сотни докладов по самым различным аспектам физики частиц и смежных областей (доклады разбиты на 14 секций, которые идут параллельно). Вторая половина конференции, напротив, будет состоять только из пленарных сессий, на которых будут даны обзоры отдельных направлений современной физики частиц, представлены наиболее значимые экспериментальные результаты и оглашены решения касательно будущих проектов. Видеопоток докладов доступен в интернете через службу ICHEP-2010 webcast. За новостями конференции можно также следить в ее официальном блоге.

22 июля в Париже начнет свою работу самая крупная конференция года по физике элементарных частиц — ICHEP-2010 (см. также регулярно обновляющийся официальный блог этой конференции). На ней будут представлены сотни докладов, в их числе и сообщения с американского протон-антипротонного коллайдера Тэватрон о поиске хиггсовского бозона.

Вообще говоря, оба эксперимента Тэватрона — CDF и DZero — регулярно, примерно раз в полгода, докладывают о поиске следов рождения и распада бозона Хиггса во всё увеличивающейся статистике столкновений (про последнее такое сообщение мы рассказывали в новости от 22 ноября 2009 года). К этой теме всегда приковано большое внимание, поскольку Тэватрон уже действительно вышел на режим, при котором он мог бы начать «чувствовать» хиггсовский бозон в некоторых интервалах масс. В этот раз дополнительный ажиотаж вызвали слухи (источник слухов) о том, что какой-то из экспериментов якобы собирается объявить на ICHEP-2010 о наблюдении хиггсовского бозона на некотором уровне статистической достоверности.

В преддверии конференции, 16 июля, в Национальной лаборатории им. Э. Ферми, где и размещается Тэватрон, на специальном семинаре обе коллаборации, CDF и DZero, кратко рассказали о тех результатах, которые они собираются представить на ICHEP-2010. Список результатов очень внушительный. Так, DZero планирует сделать 88 докладов, касающихся измерений свойств известных частиц, результатов поиска новых частиц или их взаимодействий (например, поиски квирков) и, конечно, поиска хиггсовского бозона.

Обе экспериментальные группы показали результаты поиска по отдельным каналам рождения и распада бозона Хиггса и подчеркнули, что ни в одном из каналов никакого проявления хиггсовского бозона обнаружено не было. Однако некоторый «саспенс» остался: самые интересные графики, на которых все каналы объединены в единую кривую, показаны не были, поскольку обработка результатов еще не завершена; публика их увидит только на самой конференции (ключевой доклад запланирован на 26 июля). Тем не менее было явно сказано, что никаких сюрпризов с поиском хиггсовского бозона там не ожидается.

Стоит, однако, отметить еще и такой момент. В данных полугодичной давности была хорошо заметна небольшая аномалия в районе масс около 135 ГэВ. Аномалия была очень слабая, ее статистическая достоверность была низкой, поэтому серьезно о ней тогда не говорили. Но если хиггсовский бозон действительно находится в этой области масс, то он должен начать проступать в данных именно таким образом. Если окажется, что в новых данных эта аномалия усилится, то сюрпризом это, конечно, являться не будет, но стать поводом для смелых предположений уже сможет. Так это или нет, выяснится через неделю.

15 июля на сайте ЦЕРНа появилось краткое сообщение генерального директора Рольфа Хойера о работе Большого адронного коллайдера. За последний месяц техники вывели LHC на режим, при котором сталкиваются сгустки номинальной интенсивности, и теперь дальнейшее повышение светимости будет идти за счет увеличения количества сгустков. Сейчас коллайдер работает в режиме столкновения 13 на 13 сгустков; светимость при этом уже превышает 10³⁰ см^–2·сек^–1, а накопленная статистика составляет 250 нб^–1 (обратных нанобарн). Это позволяет коллаборациям, работающим на LHC, заметно увеличить статистику перед началом главной конференции года ICHEP-2010. Ожидается, что столкновения продлятся в течение всех выходных, а с понедельника (19 июля) по четверг коллайдер будет готовиться к дальнейшему повышению количества сгустков в пучке.

Анализировать протон-протонные столкновения при больших энергиях очень трудно просто из-за того, что в них рождается очень большое число частиц. Из-за явления адронизации связь между тем, что реально произошло в момент соударения протонов, и той картиной, которую в конце концов «видят» детекторы, очень нетривиальна. В результате, когда физики пытаются углядеть в таких столкновениях проявления какого-то редкого процесса (например, рождение и распад хиггсовского бозона), им приходится использовать сложные алгоритмы анализа данных.

Многолетний опыт обработки данных предыдущих коллайдеров показал, что очень полезно обращать особое внимание не на все разлетающиеся частицы, а на адронные струи — узконаправленные потоки адронов, вылетающие из места столкновения протонов. Однако считать струи независимыми объектами не стоит. Корреляция струй друг с другом позволяет изучить то, как разворачиваются события на самой ранней стадии разлета частиц, дает доступ к информации, которую «не видно» на уровне отдельных струй.

Эта точка зрения получила недавно еще одно подтверждение. В статье американских физиков Seeing in Color: Jet superstructure, опубликованной на днях в журнале Physical Review Letters (статья есть в свободном доступе в архиве епринтов), описывается новый метод изучения «цветового взаимодействия» между струями. «Цвет» — это тот самый «заряд», который приводит к сильному взаимодействию. То, как цвет «перетекает» от одной части родившихся частиц к другой, зависит от конкретных цепочек рождения, расщепления и распада промежуточных частиц. Благодаря новой работе становится понятно, как это перетекание цвета можно заметить и изучать в потоках адронов. Предложенный метод будет особенно полезным при анализе сложных цепочек каскадных распадов новых тяжелых частиц, которые предсказываются многими теориями.

На днях на сайте ЦЕРНа был опубликован годовой отчет-2009. Этот 50-страничный документ представляет собой скорее не научный, а общественный отчет. В нём кратко рассказывается, в каких именно исследованиях и мероприятиях участвовал ЦЕРН в минувшем году, причем внимание уделено не только научным изысканиям, но и технологическим разработкам и образовательно-общественным инициативам ЦЕРНа.

После почти трех недель, посвященных настройке систем безопасности Большого адронного коллайдера, был наконец-то дан «зеленый свет» работе с «номинальными» протонными сгустками, содержащими примерно по 100 млрд протонов (отчет о технических работах последних недель можно найти в пятничном докладе LHC Status Report). В субботу во всех четырех детекторах началась регистрация столкновений 3,5-Тэвных протонов в режиме 3 номинальных сгустка на пучок. В первый же заход была получена рекордная для LHC светимость примерно 5·10²⁹ см^–2·сек^–1. Ожидается, что в ближайшие недели количество сгустков, а значит и светимость, будут увеличены еще в нескольких раз.

Генеральный директор ЦЕРНа Рольф Хойер прочитал на днях лекцию “CERN and High Energy Physics: The Grand Picture”. Это ориентированный на самую широкую публику рассказ про ЦЕРН, про ведущиеся в нём научные и технические исследования и про его роль в современном обществе. Интересно, что акцент в лекции был сделан вовсе не на Большом адронном коллайдере, а на том, насколько универсальной лабораторией является ЦЕРН. Тут сразу на нескольких установках ведутся исследования по физике элементарных частиц и по смежным наукам, разрабатываются ускорители и детекторы будущего и одновременно с этим — наработанные за прошлые годы знания превращаются в новые передовые технологии для материаловедения, медицины, информационных систем. Упомянуты также и образовательные программы, на которые в последнее время тоже делается упор.

Слайды лекции находятся в свободном доступе. Сама лекция была прочитана в рамках программы “LPCC student lectures”, организованной недавно созданным при ЦЕРНе «Центром по физике на LHC» (LPCC).

Большой адронный коллайдер будет оставаться главным инструментом для изучения свойств элементарных частиц еще по крайней мере пару десятков лет. Однако уже сейчас физики заглядывают дальше и вовсю разрабатывают проект следующего ускорителя — линейного электрон-позитронного коллайдера. Как именно и где именно этот ускоритель будет реализован, пока неизвестно, но уже понятно, на что именно физикам следует ориентироваться при его разработке. Столкновения электронов и позитронов происходят намного чище, чем протон-протонные столкновения. Поэтому если на LHC от детекторов требуется хоть как-то разобраться в мешанине родившихся частиц, то для детекторов на линейном коллайдере ключевым словом будет «точность». Это значит, что детекторы для линейного коллайдера будут заметно отличаться от детекторов для LHC.

К разработке оптимизированных под эту задачу детекторов для международного линейного коллайдера физики приступили еще несколько лет назад. К настоящему моменту выделилось две группы, которые разрабатывают свои детекторы в соответствии с разными концепциями — SiD (“Silicon Detector”) и ILD (“International Large Detector”). Общее устройство этих детекторов, конечно, будет стандартным, но если SiD будет повсеместно использовать полупроводниковые матрицы, то главным элементом ILD станет время-проекционная камера.

На днях в архиве электронных препринтов появилась большая статья с предварительным описанием детектора ILD. В ней обрисовано устройство детектора и его компонентов, объяснено, как этот детектор будет решать поставленные перед ним задачи, объявлены параметры, к которым будут стремиться разработчики, приведена предварительная смета проекта. На официальном языке данный текст называется “Letter of Intent” — то есть документ, выражающий заинтересованность большой группы исследователей дальше разрабатывать этот детектор в рамках описанного проекта. Его должен будет одобрить международный Комитет по будущим ускорителям, и тогда следующей целью разработчиков станет уже подробный технический проект устройства детектора.

Второй детектор для линейного коллайдера, SiD, уже прошел стадию “Letter of Intent” год назад, см. материалы на странице этой коллаборации. Для сравнения, “Letter of Intent” всех основных детекторов для Большого адронного коллайдера были написаны и одобрены в 1992–1993 годах — за 15 лет до их вступления в строй.

На днях в ряде СМИ прошло сообщение о том, что ученые якобы «увеличили количество хиггсовских бозонов до пяти». Налет сенсационности наводит на мысль, что был поставлен некий эксперимент, по результатам которого ученые стали склоняться к мысли, что в природе существует несколько хиггсовских бозонов. Вкупе с тем, что ни один хиггсовский бозон еще не открыт, это звучит несколько странно.

На самом деле ситуация выглядит следующим образом. Недавно коллаборация DZero, работающая на коллайдере Тэватрон, сообщила о различии в частоте рождения положительных и отрицательных мюонов (подробности см. в сообщении в блоге). Величина этого эффекта (мюонной асимметрии) оказалась в несколько десятков (!) раз больше, чем то, что предсказывается Стандартной моделью. Однако статистическая значимость сигнала невелика; он может легко оказаться просто артефактом детектора или методики извлечения сигнала. По этой причине заявление DZero не может считаться открытием и требует независимого подтверждения.

Если же предположить, что перед нами не артефакт и что такое сильное различие в частоте рождения мюонов и антимюонов действительно происходит, то тут может быть несколько объяснений. Одна из возможностей — сильные эффекты нарушения CP-четности в поведении нейтральных B_s-мезонов, распад которых и может привести к дисбалансу между мюонами и антимюонами. Однако «сестринский» эксперимент CDF, работающий на том же Тэватроне, совсем недавно показал, что вряд ли в этих мезонах происходит что-то настолько необычное, чтобы привести к столь сильной мюонной асимметрии. Как эти данные совместить с заявлением DZero — пока непонятно.

Тем не менее если предположить, что найдется способ объяснить несостыковку CDF и DZero (второе «если»!), то тогда можно начать проверять, какие из разнообразных теорий вне Стандартной модели могли бы дать такой сильный эффект. В принципе, кандидатов множество, поскольку теоретики уже не один десяток лет изучают возможные CP-нарушающие явления в разных теориях. Среди них есть и разнообразные неминимальные хиггсовские модели, в частности модель с двумя дублетами хиггсовских полей. В этой модели действительно имеется пять хиггсовских бозонов, однако тут важно не количество хиггсовских бозонов само по себе, а то, как они связаны с кварками внутри B_s-мезона. Именно необычное взаимодействие между кварками, возникающее за счет обмена тяжелыми хиггсовскими бозонами, и приводит к новым эффектам.

Выводы таковы:

• Неверно говорить, что «физики предположили, что хиггсовских бозонов пять». Они это предположили почти 40 лет назад, а сейчас просто сосчитали некий эффект в рамках этой модели.

• Неизвестно, реален ли тот эффект, который теоретики пытаются объяснить в этой модели. Экспериментальное свидетельство пока спорно.

• Поэтому ни о какой новой идее и ни о какой экспериментальной поддержке двухдублетной модели пока нет и речи. Имеется лишь рядовая теоретическая статья, в которой изучена одна из возможностей объяснить непонятный, но неподтвержденный пока экспериментальный эффект в поведении мюонов.

В журнале Physical Review Special Topics: Accelerators and Beams на днях была опубликована статья, описывающая те системы Большого адронного коллайдера, которые ответственны за его безопасную работу. В статье кратко перечисляются требования, которым ускоритель должен удовлетворять на всех стадиях работы с пучком, системы защиты, предохраняющие аппаратуру от попадания пучка, а также архитектура ключевой системы, принимающей в случае нештатной ситуации решение о сбросе пучка — BIS (beam interlock system).

В согласии с политикой ЦЕРНа, эта статья, как и все другие, связанные с работой LHC, находится в открытом доступе.

В течение последнего времени Большой адронный коллайдер продолжал работать в режиме, при котором настройка и отладка самого ускорителя чередовалась с научными сеансами. Однако из-за разнообразных неполадок то и дело возникали паузы длительностью от нескольких часов до нескольких дней, из-за чего скорость накопления научных данных по-прежнему оставалась очень низкой. На прошлой неделе руководство LHC приняло решение слегка изменить приоритеты на ближайшие недели. Короткое сообщение об этом от генерального директора Рольфа Хойера появилось на сайте ЦЕРНа, а технические подробности можно найти в двух недавних докладах о состоянии дел на LHC: Status of the LHC Operation от 11 июня (PDF, 1,6 Мб) и LHC near and medium term prospects от 12 июня.

Главной задачей ускорителя, конечно, по-прежнему остается увеличение светимости. Однако если раньше планировалось повышать светимость путем увеличения количества сгустков в пучке, то теперь решено прежде всего достичь максимально запланированной интенсивности одного сгустка — 110 млрд протонов (так называемый «номинальный сгусток»). В принципе, такие сгустки уже циркулировали в ускорителе в тестовом режиме, однако для стабильной работы на такой интенсивности потребуется доводка многих систем ускорителя, отвечающих за контроль пучков и техническую безопасность.

Стоит подчеркнуть, что никаких технических сложностей для запуска в ускоритель большого количества сгустков с высокой интенсивностью нет. Трудности касаются только того, насколько устойчиво будет циркулировать такой пучок и насколько безопасна для самого ускорителя будет работа с ним. Ведь если системы контроля за пучком, чистки пучка, сброса пучка в конце сеанса сработают неправильным образом, энерговыделение от протонов, пролетающих сквозь аппаратуру, может вызвать повреждения. Из доклада в доклад кочует фотография 2004 года, на которой показано, что может сделать с вакуумной трубой вышедший из-под контроля пучок; см. подробности во внутреннем отчете ЦЕРНа (PDF, 1,1 Мб). Именно поэтому интенсивность пучка надо повышать постепенно и на каждом шаге надо убеждаться, что все системы безопасности работают должным образом во всех мыслимых ситуациях.

Ожидается, что все эти работы займут примерно две недели. После этого количество сгустков будет увеличено до нескольких десятков, и к середине июля светимость ускорителя возрастет как минимум на порядок. В таком режиме, без какого-либо дополнительного вмешательства в ускоритель, планируется провести весь август.

В этом году уходит на пенсию руководитель Большого адронного коллайдера Линдон Эванс (Lyn Evans). Он возглавил работы над LHC 15 лет назад и сыграл ключевую роль не только в разработке магнитной системы ускорителя, но и в преодолении бюрократических и финансовых проблем, которые регулярно нависали над проектом. В последнем выпуске церновского Бюллетеня появилось небольшое интервью с ним, в котором он рассказывает о своих планах на будущее (он вовсе не собирается уходить из ЦЕРНа, а планирует тесно взаимодействовать с коллаборацией CMS и дальше). Кроме того, во вторник 15 июня в ЦЕРНе пройдет специальное мероприятие в честь Лина Эванса, на котором ожидаются доклады сразу шести (!) генеральных директоров ЦЕРНа.

К настоящему моменту на Большом адронном коллайдере прошло уже несколько сеансов протон-протонных столкновений с полной энергией 7 ТэВ. По состоянию на конец мая набранная интегральная светимость составляет примерно 20 nb⁻¹. Эта величина в ближайшее время еще возрастет в несколько раз, если не на порядки, но она, конечно, останется совершенно мизерной по сравнению со статистикой, накопленной на других коллайдерах (накопленная статистика на Тэватроне в полмиллиона раз больше). Тем не менее даже самые первые данные с LHC представляют интерес из-за рекордной энергии протонных столкновений.

Традиционно летом-осенью проходит большинство конференций по физике элементарных частиц. Вот некоторые конференции, представляющие особый интерес:

• 7-12 июня — Physics at the LHC, рабочая конференция, целиком посвященная исследованиям на LHC (расписание докладов).

• 20-23 июня — QCD@Work, конференция, посвященная физике сильных взаимодействий (расписание докладов).

• 22-28 июля — главная конференция года, 35-я Международная конференция по физике высоких энергий, ICHEP-2010 (предварительное расписание по секциям). Интересно, что у этой конференции есть даже свой официальный блог — это первый такой эксперимент в физике элементарных частиц.

• 29-31 июля — Higgs Hunting, конференция, посвященная поиску хиггсовского бозона на Тэватроне и LHC (расписание докладов).

Ожидается, что именно на них будут представлены первые данные, полученные на LHC при энергии 7 ТэВ. Доклады конференций зачастую оперативно выкладываются в интернет, а порой и транслируются онлайн в реальном времени. Поэтому желающие познакомиться с самыми свежими результатами «из первых рук» могут следить за обновлениям на сайтах конференций.

Рождающиеся в высокоэнергетических столкновениях тождественные элементарные частицы помогают или мешают друг другу вылетать в одинаковых направлениях в зависимости от того, являются они бозонами или фермионами. Этот квантовый эффект в поведении пи-мезонов теперь измерен и на LHC.

Работы, которые велись на Большом адронном коллайдере в течение последних двух недель, касались преимущественно технических аспектов — настройки орбиты пучков и отладки системы коллиматоров, которые предохраняют ускоритель и детекторы от случайно выбившихся из пучка протонов. Абсолютно надежная работа этих компонентов необходима для дальнейшего повышения интенсивности пучков. После того как был проведен ряд настроек и тестов, в минувшие выходные состоялись два научных сеанса общей длительностью примерно 36 часов, на которых был поставлен очередной рекорд светимости ускорителя. Столкновения велись в режиме по 4, а затем по 6 сгустков в каждом пучке, а сами сгустки содержали примерно по 20 млрд протонов. Светимость достигала значений свыше 6·10²⁸ см^–2·сек^–1, а детекторы уже регистрировали по несколько тысяч столкновений в секунду. Ближайшие дни пройдут примерно в том же режиме: дальнейшая настройка коллиматоров будет чередоваться с научными сеансами работы.

Несколько раз в год в ЦЕРНе проходят заседания одного из ключевых комитетов, определяющего работу Большого адронного коллайдера, — Комитета по экспериментам на LHC (LHCC). Очередное, 101-е по счету, заседание состоится 5–6 мая. В отличие от обычной практики, когда часть мероприятий проходит за закрытыми дверями, это заседание будет полностью открытым, и более того, оно будет транслироваться онлайн через службу CERN webcast. Двухдневная программа включает доклады о состоянии коллайдера, о ходе исследований на каждом из детекторов, а также некоторые организационные сообщения, касающиеся будущего LHC и ЦЕРНа в целом. Желающих виртуально поприсутствовать на этом заседании приглашаем в среду утром (11:00 по-московскому времени) «настраиваться на волну» ЦЕРНа.

29 апреля ЦЕРН анонсировал свой новый онлайн-проект — CERN Global Network. Это своего рода «социальная сеть по-церновски», которая должна объединить не только бывших и нынешних сотрудников ЦЕРНа, но и представителей высокотехнологических компаний, сотрудников фирм-партнеров ЦЕРНа и вообще всех, кто заинтересован в налаживании связи между фундаментальной наукой и современными технологиями. Напомним, что ЦЕРН всегда уделял много внимания «передаче технологий» — превращению накопленных научных и инженерных знаний в новые реально работающие промышленные методики. За последние десятилетия при непосредственном участии ЦЕРНа были разработаны и внедрены новые устройства и технологии в биомедицинских науках, в материаловедении, в информационных технологиях, в области систем обеспечения безопасности. Но если раньше такая передача знаний протекала локально, спорадически, не слишком организованно, то теперь ЦЕРН решил выйти на новый уровень, создав единую площадку для всех подобных вариантов сотрудничества между учеными, инженерами и высокотехнологическими компаниями.

На первом этапе зарегистрироваться в сети могут только сотрудники и ЦЕРНа, в том числе бывшие. Однако вскоре к ним смогут присоединяться и представители научных и образовательных организаций, а также сотрудники коммерческих структур стран-членов ЦЕРНа. Подробности о планах развития сети и о ее целях см. в заметке The magic of knowledge exchange в последнем выпуске церновского бюллетеня, а также на сайте самого проекта.

Вывод Большого адронного коллайдера на расчетную производительность растягивается на несколько лет. Из-за этого в ближайшие 2–3 года активную конкуренцию LHC будет создавать американский протон-антипротонный коллайдер Тэватрон, который работает уже не первый десяток лет. Уже сейчас энергия на LHC в три с половиной раза выше, чем на Тэватроне, но темпы набора статистики на LHC пока очень малы. Ожидается, что к концу 2011 года на LHC будет накоплена светимость в 10 раз меньше, чем на Тэватроне. В конечном счете это приведет к тому, что, например, в задаче по поиску хиггсовского бозона даже в 2012 году LHC всё еще будет находиться в роли «догоняющего». Однако имеются задачи, где LHC уже в течение первого года работы сможет существенно улучшить результаты Тэватрона, а может быть, даже совершит свое первое громкое открытие. Эти задачи касаются поиска новых тяжелых частиц, которые предсказываются многими теоретическими моделями, но которые слишком тяжелы, чтобы эффективно рождаться на Тэватроне.

Одна из таких задач — поиск суперсимметричных частиц. Суперсимметрия — это идея о том, что в нашем мире есть некая новая симметрия между известными сейчас частицами и целым миром неоткрытых пока суперсимметричных частиц (очень простое введение в суперсимметрию можно найти в популярной книжке П. Дэвиса «Суперсила»). Предполагается, что эта симметрия была точной в первые мгновения после Большого взрыва, но по мере остывания Вселенной она нарушилась, и суперсимметричные частицы стали намного тяжелее обычного вещества. Эти тяжелые частицы давным-давно распались, оставив после себя практически неуловимый остаток (легчайшую суперсимметричную частицу), и такие остаточные частицы могут хорошо объяснить происхождение темной материи.

Суперсимметричные частицы можно на короткое время «возродить» в экспериментах на коллайдерах. Они пока не наблюдались ни в одном эксперименте, и потому суперсимметрия остается лишь элегантной гипотезой. Физики пытались искать следы этих частиц в столкновениях на Тэватроне, но смогли только получить ограничение снизу на массу этих частиц. Даже если суперсимметричные частицы и существуют, они должны быть тяжелее 200–300 ГэВ, и существенно улучшить это ограничение Тэватрону вряд ли удастся. Ожидается, что Большой адронный коллайдер намного превзойдет чувствительность Тэватрона и сможет «заглянуть» в область масс выше 1 ТэВ (во многих суперсимметричных теориях новые частицы появляются именно на этом масштабе). Но эти оценки касаются работы LHC на пике производительности. А что сможет сделать LHC в первые год-два?

На днях в архиве электронных препринтов вышла статья, в которой обсуждается именно этот вопрос. Авторы провели подробный анализ тех методов, с помощью которых суперсимметрию можно будет лучше всего искать в протонных столкновениях. Их расчеты показали, что даже в течение первого года работы Большой адронный коллайдер сможет почувствовать суперсимметричные частицы с массой вплоть до 500–700 ГэВ. Отрицательный результат (то есть если никаких проявлений этих частиц найдено не будет) позволит в два-три раза улучшить ограничения Тэватрона. Ну а если следы суперсимметричных частиц будут обнаружены, это станет первым громким открытием LHC.

В течение всей прошедшей недели на Большом адронном коллайдере проводилась серия опытов со сжатыми протонными пучками (подробное описание работ см. в докладе LHC report от 23 апреля). Поперечное сжатие пучков позволяет увеличить концентрацию протонов в месте их столкновения, а значит, повышает частоту протонных столкновений, регистрируемых детекторами. Говоря языком физиков-ускорительщиков, благодаря сжатию пучков увеличивается светимость коллайдера.

В ночь с 23-го на 24 апреля был завершен проверочный этап работы, сжатые пучки были объявлены стабильными и все детекторы Большого адронного коллайдера приступили к очередному сеансу набора данных. Как и ожидалось, светимость ускорителя при сжатых пучках возросла в несколько раз. Светимость в центре детектора ATLAS достигала значения 1,2 · 10²⁸ см^–2·сек^–2, что в пять раз превысило предыдущий рекорд. В результате в течение суток все детекторы более чем удвоили набранную статистику столкновений с полной энергией 7 ТэВ. Подробности см. в докладе на состоявшемся 26 апреля собрании Комитета по программе работ на LHC.

Постепенное повышение светимости будет продолжаться и дальше, за счет увеличения количества сгустков в пучках и количества протонов в каждом сгустке. Для того чтобы набрать запланированный на 2010–2011 годы объем данных, пиковую светимость надо будет поднять еще в несколько тысяч раз. А детекторы тем временем будут продолжать находить одну за другой известные уже элементарные частицы, как бы «переоткрывая» для себя Стандартную модель.

На днях в архиве электронных препринтов появилась вторая по счету научная статья коллаборации ALICE, работающей на одноименном детекторе на Большом адронном коллайдере (полный текст статьи свободно доступен онлайн). В этой статье представлены первые результаты, полученные в протонных столкновениях с полной энергией 7 ТэВ. Из-за очень малой накопленной статистики ни о каких серьезных результатах пока говорить не приходится, однако данные уже позволяют измерить количество заряженных частиц, рождающихся в типичном протон-протонном столкновении, и их распределение по быстроте. Сами по себе эти величины не особенно интересны, но в будущем они будут важны при отделении редких интересных событий от «фона». Поэтому их значения в любом случае надо узнать на первых этапах работы коллайдера.

Сейчас в распоряжении физиков имеются результаты измерений этих величин при трех энергиях — 0,9 ТэВ, 2,36 ТэВ и 7 ТэВ. Это позволяет изучить, как количество заряженных частиц растет с энергией. Как оказалось, этот рост намного более сильный, чем то, что предсказывали модели. С одной стороны, большого сюрприза тут нет, поскольку подобные характеристики столкновений не удается пока вычислить из первых принципов, и потому их приходится просто моделировать. Но с другой стороны, это значит, что имеющиеся сейчас модели придется подкорректировать для того, чтобы в будущем более надежно оценивать вклад «фоновых» процессов.

Главная / LHC / Новости LHC

30 марта на Большом адронном коллайдере начались столкновения протонов с энергией 3,5 ТэВ и стартовал первый полноценный научный сеанс работы коллайдера. Если до этого основная часть времени уходила на тесты и отладку ускорителя, то сейчас акцент смещается на накопление как можно большей статистики протонных столкновений. Чем больше столкновений будет зарегистрировано, тем более редкие события в ней можно будет углядеть, а значит, тем более интересные физические результаты можно будет получить на ее основе.

За прошедшие почти две недели состоялось несколько длительных циклов набора статистики. В каждом цикле пучки в режиме по два сгустка на пучок впрыскивались в ускоритель, примерно за 40 минут разгонялись до энергии 3,5 ТэВ и затем в течение нескольких часов сталкивались (рекорд пока — 19 часов непрерывных столкновений), а все четыре детектора регистрировали по нескольку десятков столкновений в секунду. Убедившись в том, что 3,5-тэвные пучки стабильны, управляемы и сталкиваются так, как надо, физики приступили к следующему этапу ввода коллайдера в строй — увеличению его светимости. Именно этой задачей они будут заниматься ближайшие несколько месяцев.

Сейчас светимость составляет лишь десятимиллионную долю от расчетного значения. Увеличивать ее будут последовательно в несколько шагов. Во-первых, пучки будут сжимать в поперечных размерах: чем плотнее сжаты пучки в месте встречи, тем больше вероятность столкновения отдельных протонов. Этот этап уже успешно был пройден 7 апреля. Правда, сгустками теперь стало труднее «попадать» друг по другу, и поэтому потребуется некоторая доводка поперечных координат пучков, после которой частота столкновений должна возрасти в несколько раз.

Следующим шагом станет увеличение «интенсивности» сгустков, то есть количества протонов в каждом из них. Первоначально столкновения проводились со сгустками по 5 млрд протонов (это так называемый «пилотный пучок»). В ходе опытов ночью с 9-го на 10 апреля интенсивность одного сгустка была успешна доведена до проектного значения — 100 млрд протонов. Таким образом, в ближайшие дни стоит ожидать перехода к повышенной интенсивности (20–30 млрд протонов на сгусток), а значит, и дальнейшее увеличение частоты столкновений.

Ожидается, что эти изменения будут реализованы в ближайшие пару недель. После этого специалисты приступят к третьей фазе повышения светимости — увеличению количества сгустков в каждом пучке. Вначале их число будет доведено до 4, затем до 43, потом до 156 (проектное значение — 2808, но к нему в ближайшие два года стремиться не будут). Этот этап займет несколько месяцев, поскольку увеличение количества сгустков означает повышение энергии всего пучка, а это необходимо делать чрезвычайно осторожно, с многочисленными проверками. Если это будет успешно реализовано, то частота столкновений возрастет примерно на 3 порядка по сравнению с текущими значениями, и только в этом случае можно будет надеяться получить первые интересные результаты на LHC к концу 2011 года.

Подробности работы в течение последних двух недель можно узнать из доклада LHC status report, представленного 9 апреля. Примерный план увеличения светимости см. на странице LHC 2010 potential luminosity performance.

Около 13:00 по центральноевропейскому времени на Большом адронном коллайдере были зафиксированы первые столкновения протонов с полной энергией 7 ТэВ, что втрое превышает предыдущий рекорд LHC. В блоге CMS e-commentary, ведущемся из пультовой детектора CMS, появились изображения первых событий (см. также первые столкновения на детекторе ATLAS). Сейчас пучки стабилизированы, и теперь в течение ближайших часов ожидается набор статистики на всех четырех детекторах LHC. Затем последуют плановый сброс пучка, инжекция и разгон новых сгустков и новый цикл набора статистики. В таком режиме коллайдер проработает несколько дней, после чего физики будут пытаться увеличивать количество сгустков в каждом пучке.

Сегодня, 30 марта, должен начаться первый длительный сеанс научной работы Большого адронного коллайдера. В связи с этим в ЦЕРНе был организован комплекс мероприятий для аккредитованных СМИ, а на специальной странице LHC First Physics в реальном времени транслируется видеопоток из пультовых как самого ускорителя, так и всех четырех основных детекторов.

Минувшей ночью пучки уже стабильно циркулировали в коллайдере на энергии 3,5 ТэВ, но без столкновений. Физики проводили последние измерения перед началом столкновений, которое было запланировано на раннее утро по центральноевропейскому времени. Однако первые две попытки довести пучки до 3,5 ТэВ утром не удались — пучки были потеряны при достижении энергии 1,3 ТэВ. Как показывает проведенный по горячим следам анализ, причиной скорее всего было неправильное согласование между магнитными системами предварительного ускорителя SPS и основного кольца LHC. В настоящее время идет подготовка к третьей попытке разгона пучков до нужной энергии. Все детекторы готовы к регистрации столкновений протонов.

Кроме видео, за развитием событий можно следить по онлайн-мониторам Большого адронного коллайдера (LHC1 и LHC operation), через твиттер-аккаут ЦЕРНа, в блогах CMS e-commentary, ATLAS blog. Текущий статус коллайдера отображается в твиттер-аккаунте LHC status, а также в анимированном виде на страничке LHC status display. См. также подборку фотографий из пультовой ЦЕРНа, из пультовой детекторов ATLAS и CMS.

В опубликованном сегодня пресс-релизе ЦЕРНа сообщается, что столкновения протонов с суммарной энергией 7 ТэВ начнутся через неделю — 30 марта. Объявление о дате начала столкновений стало возможным после того, как физики убедились, что 3,5-тэвные пучки ведут себя должным образом и хорошо управляемы. Дополнительная информация будет появляться на специальной странице LHC First Physics, посвященной первому научному сеансу работы коллайдера. Отметим также, что на пятницу 26 марта запланирован доклад о текущем состоянии коллайдера.

Кроме четырех крупных детекторов и двух небольших регистрирующих установок вблизи оси пучков, на LHC будет накапливать статистику и утвержденный недавно эксперимент MoEDAL, который будет искать (гипотетические пока) магнитные монополи и другие долгоживущие частицы с высокой ионизирующей способностью. Заметка о нём появилась в свежем выпуске церновского бюллетеня.

С 13 по 20 марта в городке Ла-Тюиль в итальянских Альпах прошла очередная конференция из серии Rencontres de Moriond (QCD). На ней были зачитаны доклады о новых экспериментальных данных и теоретических исследованиях, касающихся физики сильного взаимодействия. Традиционный интерес на таких конференциях представляют сообщения экспериментальных групп с американского протон-антипротонного ускорителя Тэватрон о поиске хиггсовского бозона и других новых частиц и явлений. Несколько таких докладов прозвучали и на этой конференции. Кардинально ситуация пока не изменилась — новых частиц пока не найдено, а были лишь усилены ограничения на их массы и свойства. Совместный анализ данных с детекторов CDF и DZero теперь позволяет на уровне достоверности 95% исключить хиггсовский бозон в интервале масс 162–166 ГэВ (см. PDF-файл доклада, 2,9 Мб). Ситуацию четырехмесячной давности см. в нашей новости; там же есть ссылки на более ранние результаты и подробные пояснения методики.

В том же докладе были представлены и интересные данные, касающиеся возможного существования кварков четвертого поколения. До сих пор все экспериментальные данные свидетельствовали о том, что в нашем мире есть лишь три «поколения» частиц материи — кварков и лептонов. Однако теоретики рассматривают возможность того, что в дополнение к ним могут существовать и более тяжелые кварки, которые из-за своей большой массы до сих пор не были открыты на предыдущих коллайдерах. Однако установлено, что если бы такие кварки существовали, то они должны существенно увеличить вероятность рождения хиггсовского бозона на адронных коллайдерах (новые кварки резко усиливают связь хиггсовского бозона с глюонами). Ничего подобного на Тэватроне не наблюдается.

Эти результаты можно интерпретировать двояко. Либо можно говорить об отсутствии в природе новых тяжелых кварков (если предположить, что хиггсовский бозон существует и не слишком тяжелый), либо можно говорить об отсутствии легкого хиггсовского бозона вплоть до массы 210 ГэВ (если предположить, что четвертое поколение кварков всё же существует). Заметим, что имеющаяся тут неоднозначность с выводами окончательно рассеется, как только будет обнаружен бозон Хиггса и измерена его масса.

В мартовском выпуске журнала Journal of Instrumentation вышла серия из 23 статей, посвященных функционированию детектора CMS. В этих статьях подробно рассказывается о том, как различные субдетекторы регистрируют частицы, описывается длительная процедура настройки и выравнивания всех компонентов этого детектора и оцениваются остаточные погрешности. Эти технические данные сами по себе не несут новой научной информации, но они важны для всей последующей работы детектора. В будущем, при открытии новых частиц и изучении новых явлений, коллаборация будет вычислять систематическую погрешность своих измерений в соответствии с этими результатами.

В согласии с информационной политикой ЦЕРНа, все эти статьи находятся в открытом доступе. Аналогичное описание для детектора ATLAS было опубликовано еще год назад.

В четверг 18 марта процесс запуска Большого адронного коллайдера вступил в новую фазу — начались эксперименты на энергии протонов 3,5 ТэВ. Именно на этой энергии планируется работа коллайдера в течение 2010–2011 годов. До сих пор энергии пучков ограничивались лишь значением 1,18 ТэВ, которого коллайдер достиг еще в 2009 году. В феврале 2010 года были проведены тесты сверхпроводящих магнитов, призванные убедиться в том, что энергию протонов можно будет поднять втрое, до значения 3,5 ТэВ. Тесты прошли успешно, за исключением лишь того факта, что новая система безопасности магнитов оказалась слишком чувствительной и не всегда позволяла поднимать силу тока магнитов до нужного значения. На днях эта трудность была преодолена, и теперь физики успешно повышают силу тока в сверхпроводящих магнитах до 6 кА (именно такой ток создает магнитное поле, способное удерживать на орбите протоны с энергией 3,5 ТэВ). Вначале увеличение магнитного поля проводилось в тестовом режиме, без пучков, а в ночь на пятницу был проведен и сеанс с пучками. После ряда подстроек магнитной системы, протоны были впервые разогнаны до энергии 3,5 ТэВ и стабильно циркулировали в ускорителе (их время жизни оценивалось в 100 часов).

Напомним, что за текущим состоянием опытов на LHC можно следить через онлайн-монитор Vistar LHC1.

На днях в архиве e-принтов появилась статья коллаборации ATLAS с анализом результатов столкновений, зарегистрированных в 2009 году. Статей, посвященных техническим аспектам детектора ATLAS, опубликован уже не один десяток, но это первая статья коллаборации, в которой анализируются именно научные данные, касающиеся физики элементарных частиц при полной энергии 0,9 ТэВ. Поскольку в 2009 году было набрано очень мало статистики, полученные на ее основе научные результаты касаются только самых общих свойств процессов рождения адронов в столкновении протонов. А именно, в статье изучалось количество заряженных частиц и их распределение по быстроте. Эту величину пока невозможно теоретически сосчитать из первых принципов, поэтому ее получают с помощью моделирования по методу Монте-Карло. Результаты ATLAS показали, что в реальном эксперименте заряженных частиц рождалось на 5–15% больше, чем предсказывали модели Монте-Карло.

Относительно популярный рассказ об этой работе см. в блоге Muon. Стоит сказать также, что аналогичные результаты с детектора CMS были опубликованы полтора месяца назад.

В журнале Reviews of Modern Physics вышла обзорная статья Searches for supersymmetry at high-energy colliders, посвященная поиску разнообразных проявлений суперсимметрии в экспериментах на коллайдерах высоких энергий (текст статьи доступен в архиве е-принтов). Суперсимметрия — это гипотетическая возможность того, что наш мир на самом деле намного более симметричен, чем нам казалось до сих пор. Суперсимметричные теории предсказывают существование многочисленных новых тяжелых частиц, а также сразу нескольких хиггсовских бозонов. До сих пор никаких прямых экспериментальных свидетельств в пользу суперсимметрии не наблюдалось, но ситуация может кардинально измениться со вступлением в строй LHC. Даже при той скромной статистике, которую физики планируют набрать в ближайшие два года, на Большом адронном коллайдере можно будет открыть некоторые суперчастицы с массой вплоть до 1–1,5 ТэВ (если они, конечно, существуют). Как именно будут вестись такие поиски на LHC, а также к каким ограничениям они привели на уже существующих коллайдерах, можно узнать из этого обзора.

В ЦЕРНе продолжается пошаговая подготовка Большого адронного коллайдера к первому длительному сеансу работы. 28 февраля пучки начали циркулировать в ускорителе. Несколько последующих дней было потрачено на настройку безопасной циркуляции пучков, а также на устранение мелких неисправностей. В последние дни физики уже начали поднимать энергию протонов до 1,18 ТэВ (значение, уже достигнутое в прошлом году), а примерно через неделю, после ряда проверок на этой энергии, будет предпринята попытка поднять магнитное поле до значения, отвечающего энергии протонов 3,5 ТэВ. За ходом работ можно следить в реальном времени через онлайн-мониторы Vistar LHC1 и Vistar Operation. Краткая информация о текущих событиях регулярно появляется в ленте новостей комиссии по запуску LHC, и там же можно ознакомиться со слайдами ежедневных «планёрок», которые проводятся в ЦЕРНе в 8:30 утра.

Как было решено еще месяц назад, LHC должен будет проработать практически без перерыва до конца 2011 года, а затем он будет остановлен примерно на год для модернизации инфраструктуры и выхода на проектную энергию. Это расписание на днях вновь подтвердил генеральный директор ЦЕРНа Рольф Хойер в своем обращении, появившемся на сайте ЦЕРНа. Стоит отметить, что в последние дни по многим СМИ прошла новость, от которой может возникнуть впечатление, что на Большом адронном коллайдере снова что-то случилось и что его собираются остановить. На самом деле ни о каких новых проблемах или изменении расписания работы на ближайшие два года речи тут не идет, а описывается лишь запланированный еще месяц назад режим работы коллайдера. Источником новостей послужило интервью одного из руководителей проекта Стива Майерса новостной службе BBC и не слишком удачный заголовок их заметки.

Электрические тесты сверхпроводящих магнитов во всех секторах Большого адронного коллайдера подходят к концу, и на пятницу 26 февраля запланировано начало экспериментов с пучками. Однако с повышением энергии протонов до 3,5 ТэВ пока придется повременить. Как сообщается на странице новостей Комиссии по запуску LHC, в среду вечером в ходе тестов в секторе 7–8 сразу 50 магнитов потеряли сверхпроводимость. Впрочем, никаких повреждений магниты не испытали, поскольку причиной сброса сверхпроводимости была не авария, а сигнал, поступивший от новой системы безопасности магнитов. Почему система безопасности сгенерировала такой сигнал, пока непонятно, над этим работают специалисты. Тем не менее работы по вводу коллайдера в строй будут продолжены, но энергия протонов пока будет ограничена уже проверенным значением 1,18 ТэВ.

В архиве е-принтов появился 84-страничный конспект лекций о том, как протекали самые первые этапы работы детекторов ATLAS и CMS. Лекции содержат краткое введение в устройство и задачи детекторов, затем подробно описывается, как с помощью космических лучей можно промерять детектор вдоль и поперек и проверить, насколько аккуратно он собран. После этого рассказывается, как прошли кратковременные сеансы работы коллайдера в 2009 году, что было зарегистрировано в детекторах и что дала физикам эта информация. Лекции богато иллюстрированы, поэтому их с интересом могут полистать и неспециалисты.

На прошедшей в понедельник, 15 февраля, встрече группы по координации работы на LHC был представлен ход подготовительных работ на LHC и озвучены планы по первому запуску коллайдера в 2010 году. Некоторую информацию можно почерпнуть из презентаций, сделанных на этом совещании. Пока сектора ускорителя проходят электрические тесты, в цепочке предварительных ускорителей уже начали циркулировать протоны для впрыска в основное кольцо LHC. В ближайший четверг намечены традиционные тесты линии инжекции, а примерно через неделю-полторы пучки должны уже вновь циркулировать в коллайдере. Затем последует 5–6-недельный этап по установлению стабильных пучков с энергией 3,5 ТэВ, в ходе которого, так же как и в 2009 году, будут чередоваться сеансы столкновений и технических работ.

Руководство ЦЕРНа обещало организовать крупное медиа-событие в тот день, когда начнутся столкновения 3,5-тэвных протонов. Ориентировочно это случится в конце марта — начале апреля, а конкретный день будет назван примерно за неделю до этого срока.

На сайте ЦЕРНа появилось официальное сообщение, подтверждающее изменения в расписании работы Большого адронного коллайдера в ближайшие годы (подробности см. в новости Руководство ЦЕРНа стоит перед непростым выбором). Решено, что коллайдер проработает на энергии протонов 3,5 ТэВ вплоть до лета или осени 2011 года. Затем коллайдер будет остановлен, и на нём будут отремонтированы все сильноточные электрические контакты. Это позволит при следующем сеансе работы сразу подняться до проектной энергии протонов 7 ТэВ.

Более подробный отчет о прошедшей недавно конференции Chamonix-2010 будет озвучен 5 февраля на специальном собрании в ЦЕРНе.

Плохое качество электрических контактов в магнитах Большого адронного коллайдера по-прежнему остается головной болью специалистов. Не исключено, что по соображениям безопасности в течение 2010–2011 годов энергия протонов не будет поднята выше 3,5 ТэВ.

В Youtube-аккаунте ЦЕРНа появился новый видеосюжет: A guardian angel protecting magnets. В шестиминутном видеоролике рассказывается о новой системе защиты сверхпроводящих магнитов nQPS (new quench protection system), которая была разработана и установлена на Большом адронном коллайдере в прошлом году для предотвращения аварий, подобных злополучному инциденту 19 сентября 2008 года. Эта система состоит из датчиков, которые отслеживают тепловыделение и электрические параметры в 23 тысячах электрических контактов на всей протяженности коллайдера, а также из электроники, которая в реальном времени анализирует показания датчиков. В видеосюжете можно увидеть, как эта система реализована «в железе», и послушать объяснение принципа ее работы и возложенных на нее задач. Дополнительную информацию об этой системе, а также о том, что прямо сейчас происходит в ускорительном кольце, см. в заметке This month at the LHC из блога Symmetry Breaking.

12 января, через несколько минут после начала землетрясения на Гаити — одного из самых разрушительных за последние годы, — датчики американского коллайдера Тэватрон, расположенного в нескольких тысячах километров к северо-западу от эпицентра, зафиксировали колебания многотонных магнитов, длившиеся почти 10 минут. Это уже примерно двадцатое землятресение, которое почувствовал Тэватрон.

Расписание работы Большого адронного коллайдера в 2010 году будет зависеть от итогов двух рабочих конференций, которые пройдут в ближайшие недели: LHC Beam Commissioning Workshop (19–20 января) и очередная конференция из серии «Шамони» LHC Performance Workshop Chamonix-2010 (25–29 января). Первое из этих совещаний будет посвящено текущим инструментальным и техническим аспектам запуска и отладки коллайдера, второе — более глобальным планам LHC и уточнению расписанию его работы в ближайшие пару лет.

Обе рабочие конференции — не для широкой публики, а только для персонально приглашенных специалистов, работающих сейчас над поэтапным введением в строй коллайдера, а также для руководителей всех основных подразделений ЦЕРНа. Предполагается, что на этих конференциях будет заслушано большое число технических докладов о том, как шла работа в 2009 году, какие тогда наблюдались проблемы и насколько удавалось с ними справляться, а также как эти проблемы отразятся на планах работы на 2010 год, и так далее. Несмотря на некоторую закрытость этих конференций, после их завершения файлы с докладами будут свободно доступны онлайн. Уже появились страницы с подробнейшим описанием научной программы как первой, так и второй конференции; их чтение дает представление о том, какие именно технические вопросы будут обсуждаться. Вполне вероятно, что по итогам совещаний на Chamonix-2010 будут приняты и важные организационные решения, как это произошло в прошлом году после встречи Chamonix-2009.

В понедельник 4 января возобновились работы на Большом адронном коллайдере. Как сообщается на странице Hardware Commissioning Campagne, сейчас техники приступили к тестированию магнитов для работы при токе 6 кА. Такой ток позволит удерживать на орбите протоны с энергией 3,5 ТэВ — втрое больше, чем максимальное значение, достигнутое в 2009 году. Это тестирование займет примерно полтора месяца, но начнется оно не с нуля — на самом деле, большинство магнитов в прошлом году уже прошли эти тесты, а сейчас требуется лишь проверить все оставшиеся. Кроме того, в течение января будет также усовершенствована разработанная и установленная в прошлом году новая система защиты магнитов от потери сверхпроводимости (nQPS, new Quench Protection System).

В соответствии с текущей версией расписания работы LHC в 2010 году (версия 1.3, PDF, 146 Кб), коллайдер будет закрыт в середине февраля. Затем начнется работа с пучками, причем примерно в течение месяца отладка будет чередоваться с сеансами набора данных. Ожидается, что длительный сеанс протонных столкновений на полной энергии 7 ТэВ начнется во второй половине марта.

В ночь на понедельник 14 декабря состоялся двухчасовой сеанс столкновений протонов с полной энергией 2,36 ТэВ. Пучки были на редкость устойчивыми, их время жизни составило около 100 часов. Детекторы регистрировали по несколько событий в секунду, а полная статистика за весь сеанс достигла нескольких десятков тысяч событий. Некоторые предварительные результаты работы детекторов были озвучены в понедельник на еженедельном заседании Комитета по координации научной программы LHC.

Основной задачей кампании по запуску и отладке Большого адронного коллайдера в минувшую неделю было повышение интенсивности пучков (то есть количества сгустков в каждом пучке и количества протонов в сгустке) и столкновения пучков на повышенной интенсивности. Поскольку вероятность протон-протонных столкновений пропорциональна количеству протонов в каждом пучке, увеличение интенсивности пучков в N раз дает прирост в частоте столкновений в N² раз. Работу коллайдера время от времени прерывали разнообразные технические сбои (в частности, проблемы с криогеникой), которые, однако, оперативно устранялись специалистами. За прошедшую неделю интенсивность отдельных сгустков была доведена до 20 млрд протонов в режиме 4 сгустка на пучок, и в течение пятницы и субботы прошли сеансы столкновений протонов в таким режиме длительностью несколько часов. Количество зарегистрированных событий составляет уже порядка миллиона. В воскресенье-понедельник планируется выход на режим 16 сгустков в каждом пучке. Поскольку на 16-17 декабря запланировано закрытие коллайдера на рождественские каникулы (до 3 января), пока непонятно, будет ли выделено время для сеанса столкновений на энергии 1,18 ТэВ на пучок.

В ночь со вторника на среду на LHC были проведены тестовые протонные столкновения с полной энергией 2,36 ТэВ. В качестве примера на сайте детектора ATLAS показано событие рождения двух адронных струй в таком столкновении. Столкновения проходили пока при выключенных магнитных полях в детекторах. В ближайшие дни планируется увеличить количество протонов в сгустках, провести еще один сеанс столкновений на полной энергии 0,9 ТэВ, а затем перейти к тщательному тестированию пучков с энергией 1,18 ТэВ.

Общее расписание работы Большого адронного коллайдера сейчас выглядит следующим образом: примерно 2 года на то, чтобы выйти на запланированную производительность, еще 3–4 года работы в таком режиме, а затем перерыв примерно на год для модернизации. Если всё пойдет хорошо, то в районе 2015–2016 года Большой адронный коллайдер заработает уже в режиме Super-LHC, при котором его светимость возрастет на порядок. Это, в свою очередь, накладывает новые требования на сам ускоритель и на детекторы (подробности см. в обзоре The super-LHC). И для того, чтобы быть готовым быстро провести модернизацию LHC в 2015 году, соответствующие технологии необходимо разрабатывать уже сейчас. Один из элементов, который безусловно потребует обновления, — это оптоволоконная линия передачи данных непосредственно от детекторов в серверные залы. Именно ее разработке посвящен специальный проект под названием “The Versatile Link”, обзор которого был опубликован на днях в журнале Journal of Instrumentation (полный текст статьи доступен на сайте ускорительного центра Fermilab).

Цель проекта — создание двусторонней оптоволоконной линии передачи данных с пропускной способностью 5 Гбит в секунду и исключительной радиационной стойкостью (не стоит забывать, что частицы, рождающиеся в столкновении протонов, создают жесткую радиацию, которой облучаются все компоненты детекторов, в том числе и электроника). Кроме того, вся эта линия передачи данных (то есть оптоволокно, трансиверы и прочие элементы) будут работать в очень сильном магнитном поле и в разных температурных режимах (даже внутри одного детектора разные компоненты удерживаются при разных температурах для оптимизации их работы). Еще одно важное требование — исключительная компактность тех оптоэлектронных компонентов, которые будут помещены внутрь детектора (в центральной части детекторов на счету каждый кубический сантиметр пространства!) Наконец, слово “versatile” («универсальный») в названии проекта указывает на то, что эта линия должна быть оптимизирована под нужны сразу всех детекторов на LHC (в настоящее время на каждом детекторе используется линия сбора и передачи данных, разработанная специально для этого детектора); в частности, линия передачи данных должна одинаково хорошо работать на двух длинах волн (850 нм и 1310 нм).

Сейчас проект находится в стадии proof-of-concept, в которой требуется продемонстрировать принципиальную работоспособность ключевых элементов технологии на доступных сейчас образцах. В следующем году проект вступит в фазу разработки технологий и демонстрации достижимости поставленных целей в каждом конкретном элементе конструкции. Завершение проекта ожидается в 2012 году.

Американское физическое общество объявило, что лауреатами премии им. Дж. Дж. Сакураи (J. J. Sakurai Prize for Theoretical Particle Physics) за 2010 год стали сразу шесть физиков — Питер Хиггс, Робер Бру, Франсуа Англер, Карл Хаген, Джеральд Гуралник, Томас Киббл. Именно они (в трех группах) независимо друг от друга открыли в 1964 году механизм нарушения электрослабой симметрии, который сейчас принято называть «хиггсовским». Примечательно, что комитет премии справедливо отметил достижения всех шестерых физиков, несмотря на то что «на слуху» сейчас только имя Питера Хиггса. Чуть подробнее об открытии хиггсовского механизма см. в новости Один из первооткрывателей хиггсовского механизма рассказывает об истории его открытия. Премия им. Сакураи вручается ежегодно за выдающиеся заслуги в теоретической физике элементарных частиц.

В воскресенье 6 декабря на LHC прошел первый полноценный сеанс столкновений протонов с энергией 450 ГэВ. Сеанс состоял из двух «заходов», утром и вечером, и продлился в общей сложности несколько часов. В течение этого времени в каждом из двух встречных пучков циркулировали по четыре сгустка, а все четыре детектора регулярно регистрировали столкновения протонов. Полное количество зафиксированных событий составляет несколько десятков тысяч.

В ночь на понедельник эксперименты пришлось приостановить из-за очередного сбоя в системе охлаждения коллайдера. На стадии отладки коллайдера подобные неисправности случаются регулярно, и их, как правило, исправляют в кратчайшие сроки. Сейчас ожидается, что криосистема коллайдера вернется в норму в ночь на вторник.

На Большом адронном коллайдере заканчиваются приготовления к первому полноценному сеансу протон-протонных столкновений, который запланирован на субботу-воскресенье. Напомним, что самые первые столкновения были зарегистрированы еще 23 ноября, однако то была лишь кратковременная «разминка», во время которой многие системы детекторов были отключены.

За прошедшую неделю в кампании по запуску коллайдера было сделано еще несколько шагов вперед. Во-первых, циркулирующие пучки теперь удерживаются при включенных магнитах детекторов. Сильное магнитное поле внутри детектора необходимо для измерения импульсов разлетающихся заряженных частиц. Однако это же поле влияет и на циркуляцию пучков в ускорителе, и его влияние надо скомпенсировать. Именно это и было сделано в середине прошедшей недели. Во-вторых, в пятницу 4 декабря физики начали запускать уже не один, а несколько сгустков в каждый пучок. Напомним, что разбиение пучков на короткие сгустки необходимо для правильной работы ускорительной секции. Для безопасного тестирования ускорителя использовался так называемый «пилотный пучок» — то есть всего лишь один сгусток с несколькими миллиардами протонов. Однако для физических задач потребуется в каждом пучке удерживать несколько сгустков (в максимуме производительности на LHC планируется запустить по 2808 сгустков в каждом пучке). Это значит, что система «впрыска» протонов должна уметь запускать протонные сгустки в строго определенные моменты времени. Именно эта операция и была успешно протестирована в пятницу, правда пока что в режиме два сгустка на пучок. Кроме того, были выполнены и некоторые другие технические проверки.

В ближайшие два дня физики планируют провести два сеанса столкновений протонов в режиме 4 сгустка на пучок и с интенсивностью 4 млрд протонов в сгустке, а затем в режиме 2 на 2 сгустка и с повышенной интенсивностью 20 млрд протонов в сгустке. Ожидается, что за это время будет зарегистрировано несколько миллионов столкновений, что позволит еще лучше откалибровать аппаратуру детекторов. За ходом сеанса столкновений можно следить на онлайн-мониторе LHC Operation, на котором в реальном времени отражается интенсивность пучков, светимость внутри каждого детектора, частота фоновых процессов. Энергия протонов будет пока составлять 450 ГэВ; столкновения на повышенной энергии 1,18 ТэВ намечены лишь на следующую неделю.

В ночь на понедельник 30 ноября на LHC был пройден еще один важный этап в программе запуска ускорителя. Оба протонных пучка были успешно разогнаны до энергии 1180 ГэВ и в течение некоторого времени стабильно циркулировали при этой энергии. Все системы работали штатным образом. Таким образом, LHC побил рекорд американского коллайдера Тэватрон, на котором протоны и антипротоны движутся с энергией 980 ГэВ. По-видимому, сеанс столкновений протонов на энергии 1,18 ТэВ можно ожидать в самые ближайшие дни.

В пятницу 26 ноября в ЦЕРНе состоялась специальная презентация, посвященная первой неделе работы LHC. На ней были озвучены первые результаты работы как самого коллайдера, так и всех четырех основных детекторов. В свободном доступе находятся файлы со всеми докладами, сделанными на этом собрании, а также его видеозапись. Первым дням работы коллайдера были посвящены и несколько заметок из пятничного выпуска церновского бюллетеня.

Стив Майерс (Steve Myers), один из руководителей проекта, в своем докладе о состоянии дел на LHC подробно рассказал о первых часах и днях работы коллайдера. Он подчеркнул, что благодаря слаженной работе всех специалистов ускоритель вошел в рабочий режим исключительно быстро. В течение пары-тройки дней были успешно пройдены этапы, на которые изначально отводилось намного больше времени. Завершилось это первым пробным сеансом столкновений протонов, которые были зарегистрированных всеми четырьмя детекторами, а также успешной попыткой слегка увеличить энергию протонов (с 450 ГэВ до 560 ГэВ).

Впрочем, за этими первыми достижениями последовали несколько дней, которые оказались далеко не такими успешными. Практически в течение всей недели в ход работы коллайдера то и дело вмешивались небольшие поломки: повышение температуры в некоторых секторах ускорителя, утечка вакуума в протонном синхротроне PS (этому ускорителю, кстати, на днях исполнилось 50 лет), сбои в работе недавно установленной противоаварийной системы защиты магнитов QPS, проблемы при синхронизации пучка 1 с ускорительной секцией. К чести техников, все эти проблемы устранялись в достаточно короткие сроки, так что в субботу возобновилась плановая работа с пучками. Напомним, что за развитием ситуации можно следить по ленте новостей кампании по запуску коллайдера.

На собрании прозвучали также отчеты каждого из экспериментов, касавшихся прежде всего обработки первых протон-протонных столкновений. Детекторы в сумме зарегистрировали несколько сотен событий (частота столкновений составляла несколько событий в минуту — почти в миллиард раз меньше той частоты, которую будет выдавать LHC на пике производительности), и на основании этого была проведена некоторая калибровка аппаратуры. Например, самые первые столкновения в детекторе ATLAS показали, что протонные сгустки сталкиваются не в самом центре детектора, а смещены примерно на 15 см вдоль оси пучков. Эти данные позволили подстроить ускорительную секцию коллайдера так, чтобы встречные сгустки слегка сместились относительно друг друга и чтобы столкновения происходили в центре детектора.

В ходе этого короткого сеанса столкновений в целях безопасной работы были включены далеко не все элементы детекторов. В частности, отсутствовали магнитные поля в детекторах для того, чтобы избежать дополнительного воздействия на сами пучки. Поэтому экспериментаторы теперь с нетерпением ждут в декабре полноценного сеанса столкновений на энергии 1180 ГэВ на протон, который позволит получить намного больше информации.

Многочисленные астрофизические данные указывают на то, что кроме звезд, газопылевых облаков и прочего «светлого» вещества во Вселенной имеется очень много темной материи. Так называют вещество, которое не видно ни в одном диапазоне электромагнитного спектра, но которое хорошо заметно по его гравитационному воздействию на обычную материю. Расчеты показывают, что оно в большинстве своем должно состоять из стабильных тяжелых частиц какого-то иного, неизвестного пока сорта. В Стандартной модели таких частиц нет, но подобные «кандидаты» в частицы темной материи возникают в более сложных моделях устройства нашего мира (в частности, в некоторых неминимальных хиггсовских моделях). Одной из задач LHC как раз будет поиск и исследование таких «невидимых» частиц.

Задача это намного более сложная, чем может показаться на первый взгляд. Частицы темной материи должны, по определению, быть стабильными и должны исключительно слабо взаимодействовать с обычным веществом. Это значит, что если такие частицы родятся в столкновениях протонов, то они вылетят из детектора незамеченными. Поэтому для того, чтобы изучать «темный сектор» нашего мира, требуется придумать методики изучения частиц, не «видя» их в детекторе.

В принципе, такие методики существуют. Самый простой способ — взять все зарегистрированные частицы и проверить, нет ли у них большого нескомпенсированного суммарного поперечного импульса. Если есть, то, значит, вместе с ними родилась и какая-то незамеченная частица, которая и унесла лишний поперечный импульс. (С продольным импульсом такой трюк не пройдет, поскольку в каждом конкретном столкновении рождается большое число частиц, летящих вперед, в трубу, которые поймать не удается.) Пример исследования на коллайдере Тэватрон, в котором как раз использовался такой критерий, см. в новости В эксперименте Run II отклонения от Стандартной модели пока не подтверждаются.

Однако для надежного поиска кандидатов в темную материю одного этого критерия недостаточно. Во-первых, в столкновениях протонов время от времени рождаются и нейтрино, которые тоже улетают, не оставляя следа в детекторе. Поэтому необходимо научиться отличать нейтрино от новых «невидимых» частиц. Это можно сделать, например, измерив массу «невидимой» частицы и доказав, что эта масса очень велика. Во-вторых, еще более сложная картина возникает, если на LHC будут рождаться тяжелые «невидимые» частицы не одного, а нескольких сортов (модели многокомпонентной темной материи уже придуманы теоретиками). Поэтому для решения задачи требуется придумать достаточно «прозорливую» методику анализа таких процессов, которая, к тому же, должна быть максимально модельно-независима, то есть не должна опираться на какие-то специфические теоретические предположения о свойствах этих частиц.

Именно такая методика была представлена в недавней статье “Dark Matter Particle Spectroscopy at the LHC: Generalizing MT2 to Asymmetric Event Topologies” (eprint arXiv:0911.4126). Авторы этой статьи показывают, как надо группировать зарегистрированные частицы и какие их кинематические величины надо анализировать, чтобы лучше всего «почувствовать отдачу» невидимых частиц, даже если их больше, чем одна. Они предлагают процедуру анализа, которая позволяет, по крайней мере в принципе, измерить массы всех невидимых частиц, родившихся в столкновении. Поэтому изучение даже такого сложного устройства нашего мира будет, теоретически, возможно на LHC.

В понедельник днем оба протонных пучка были запущены в ускоритель и в течение длительного времени циркулировали одновременно, а вечером был даже организован короткий сеанс столкновений встречных пучков Что последует дальше — столкновения на энергии 450 ГэВ или повышение энергии до 1,2 ТэВ, — будет решено позже.

Вечером 20 ноября начался запуск пучков в Большой адронный коллайдер. В течение нескольких часов были успешно пройдены сразу несколько этапов. Вначале физики добились того, что пучок беспрепятственно проходил через все сектора ускорителя и делал несколько оборотов, затем с помощью направляющих магнитов орбита была стабилизирована, и вскоре пучок циркулировал уже несколько минут. Была достигнута синхронизация пучка с ускоряющей секцией коллайдера, после чего физики переключились на пучок, идущий в противоположном направлении и повторили все этапы для него. Таким образом, можно говорить, что Большой адронный коллайдер вновь заработал; церновский пресс-офис выпустил по этому поводу пресс-релиз.

Цель на ближайшие дни — добиться устойчивой циркуляции пучков в течение длительного времени, а также проверить параметры магнитной системы и управляемость пучков. Измерения вначале будут вестись для двух пучков по отдельности, и лишь спустя несколько дней оба пучка запустят в коллайдер одновременно (более подробное расписание задач на стадии отладки и запуска ускорителя см. на страничке Ранние этапы работы LHC). Ход работ можно отслеживать в реальном времени на онлайн-мониторе Vistar LHC 1; краткие комментарии время от времени появляются на страницах CMS e-commentary и Beam commissioning, latest news, а также на Твиттер-аккаунте ЦЕРНа.

На проходящем в эти дни симпозиуме по физике на адронных коллайдерах прозвучали два доклада с новыми результатами по поиску хиггсовского бозона на Тэватроне. Эти результаты представлены на сводном графике, на котором отложен «коэффициент недочувствительности» в области масс хиггсовского бозона от 100 до 200 ГэВ.

С 16 по 20 ноября во французском курортном городке Эвиан-ле-Бен на южном берегу Женевского озера проходит представительный симпозиум по адронным коллайдерам — Hadron Collider Physics Symposium. Акцент на этой конференции делается не на технике, а на физической программе исследований на адронных коллайдерах. Все доклады, представленные на симпозиуме, постепенно появляются на странице научной программы; все они находятся в свободном доступе. Ключевыми являются сообщения о новых результатах с американского коллайдера Тэватрон по поиску хиггсовского бозона и разнообразных экзотических частиц, а также доклады, касающиеся перспектив изучения тех или иных процессов на Большом адронном коллайдере. Интересны также обзорные доклады, касающиеся нынешнего состояния дел на Тэватроне, на LHC и на отдельных детекторах.

До вступления Большого адронного коллайдера в строй остаются считанные дни. Сейчас проводятся последние тесты сверхпроводящих магнитов, системы безопасности и всей инфраструктуры, которые будут завершены к концу этой недели. По состоянию на 16 ноября 98% всех сильноточных электрических цепей уже прошли испытания для работы на энергии протонов 1,2 ТэВ — именно такой энергией физики планируют ограничиться в 2009 году. В ленте новостей кампании по запуску и отладки сообщается, что тесты магнитов завершатся в среду, затем еще два дня будет дано на общую проверку ускорительного кольца, и в субботу-воскресенье пучки начнут циркулировать в ускорителе.

Общая стратегия поэтапного запуска коллайдера описана на страничке Ранние этапы работы LHC, а подробный, день за днем, перечень шагов в первые три недели работы представлено в документе 3 week plan (xlsx, 68 Кб).

На минувших выходных, с 6 по 8 ноября, на Большом адронном коллайдере прошла заключительная серия тестов системы передачи пучков из предварительного ускорителя SPS в главное кольцо LHC. На этот раз пучки прошли почти полкольца и поглотились заслонкой вблизи детектора CMS, а родившиеся при этом вторичные частицы были зарегистрированы детектором. Для физиков, работающих на CMS, это стало знаменательным событием, поскольку впервые в этом году пучок «долетел» до их детектора. Все компоненты детектора, включая недавно установленный специальный форвард-калориметр CASTOR, работали исправно. Картинки с изображениями отклика детектора CMS и другую информацию см. в ленте новостей CMS e-commentary.

С 1 по 7 ноября в ЦЕРНе прошла Всероссийская научная школа для молодых учителей физики. Поскольку ЦЕРН активно занимается не только научными исследованиями, но и передачей наработанных технологий и знаний обществу, под его эгидой уже давно проводятся самые разнообразные образовательные мероприятия. Среди них — цикл научных школ для учителей из самых разных стран, лекции которым читают ученые, их соотечественники, как правило сотрудники ЦЕРНа. В рамках этого цикла уже прошло несколько десятков школ на разных языках. Нынешняя школа для российских учителей, организованная в сотрудничестве с Объединенным институтом ядерных исследований в Дубне, тоже проводилась в рамках этой инициативы.

На школе учителям были прочитаны лекции о физике элементарных частиц, об устройстве Вселенной, о принципах работы современных ускорителей и, конечно, о том, что и как физики собираются изучать на Большом адронном коллайдере. Файлы с некоторыми докладами свободно доступны онлайн на странице научной программы школы, причем большинство из них — на русском языке.

Как сообщается в пресс-релизе ЦЕРНа, на днях, после целого года работ на всех восьми секторах Большого адронного коллайдера, была завершена установка новой системы, гарантирующей безопасную работу дипольных магнитов на высоком токе. Эта система, называемая Quench Protection System («защитная система на случай «срыва» сверхпроводимости»), включает свыше 6000 датчиков, расставленных вдоль ускорительного кольца LHC. Датчики непрерывно отслеживают перепады напряжения на всех без исключения узлах высокоточных электрических цепей поворотных и фокусирующих магнитов, включая соединения между магнитами. Их показания в режиме реального времени контролируются электроникой, установленной прямо в ускорительном туннеле.

Напомним, что год назад именно плохой электрический контакт между двумя магнитами привел к тому, что при испытаниях магнитов в месте контакта возник слишком большой перепад напряжения и, как следствие, стало выделяться тепло. Оно нагрело контакт, привело к «срыву» сверхпроводящего состояния магнита и спустя считанные секунды — к серьезной аварии. Физики извлекли из этого инцидента урок, и в течение следующего года параллельно с ремонтом магнитов разрабатывалась и внедрялась новая система контроля за напряжением. Сейчас эта система измеряет сопротивления всех узлов с точностью 1 нОм (для сравнения: сопротивление дефектного контакта, приведшего к аварии, составляло около 200 нОм). В маловероятном случае повторения подобной ситуации она сможет заблаговременно заметить опасность и вовремя дать сигнал на гашение тока. Некоторые подробности работы этой системы см. в заметке The LHC quench protection system.

В издательстве «Papadakis» вышла книжка-раскладушка «Voyage to the heart of matter» («Путешествие вглубь материи»), которая в очень наглядной форме рассказывает о Большом адронном коллайдере, о детекторе ATLAS и о том, что физики хотят изучить на этих установках.

На сайте ЦЕРНа сообщается, что на прошедшей неделе, с 23-го по 25 октября, на Большом адронном коллайдере состоялась полная проверка системы инжекции пучков из предварительного ускорителя SPS в главное кольцо LHC. В отличие от тестов 30 сентября, пучки сейчас не поглощались на входе в кольцо, а попадали в LHC и проходили несколько километров вдоль секторов 2–3 и 7–8 до точек 3 и 7, соответственно (см. схему коллайдера на странице Устройство LHC). Тесты прошли хорошо, и они позволили, спустя год, вновь отрегулировать все магнитные системы связывающие два ускорителя. В начале ноября предполагается провести еще одну серию тестов, которая станет «последней репетицией» перед новым запуском коллайдера. Некоторые технические подробности, касающиеся тестов системы инжекции, можно найти на странице Injection tests 2009.

Нынешняя информационная политика ЦЕРНа такова, что исследования на Большом адронном коллайдере планируется проводить в режиме, максимально открытом для самой широкой публики. Так, события, получаемые на детекторе ATLAS, можно будет скачать себе на компьютер и визуализировать с помощью специально для этого созданного программного пакета Atlantis. А на днях была открыта также и страница ATLAS Live, на которую автоматически помещаются скриншоты последних событий. Понравившееся событие можно будет изучить во всех деталях, запустив его в Atlantis прямо из окна браузера. Страница уже работает, поскольку детектор ATLAS сейчас уже вновь функционирует и регистрирует события, вызванные космическими лучами.

С 12 по 16 октября в ЦЕРНе прошла большая конференция, посвященная проекту будущего электрон-позитронного коллайдера CLIC (в некотором смысле, соперника другого электрон-позитронного коллайдера — ILC). Этот проект при самых оптимистичных оценках будет реализован не раньше 2024 года, но работа над ним ведется уже сейчас в десятках лабораторий мира.

Как видно из официальных графиков, температура во всех восьми секторах Большого адронного коллайдера достигла рабочего значения 1,9 К. В большинстве секторов сейчас проводится тестирование электрических цепей, измеряется сопротивление контактов, проверяется функционирование всех инфраструктур (за ходом работ можно следить на странице Hardware Commissioning Campaign). Ожидается, что эта фаза продлится примерно месяц, и ориентировочно 19 ноября ускоритель будет готов к приему пучков.

На днях, в октябрьском выпуске журнала Journal of Instrumentation была опубликована 162-страничная статья с подробным техническим описанием проекта детектора FP420, который предполагается установить на LHC в ближайшем будущем (полный текст статьи находится в свободном доступе). FP420 — это совокупное название для нескольких форвард-детекторов, изготовленных по принципу Roman Pots. Их предполагается монтировать прямо на вакуумной трубе на расстоянии 420 метров от центра каждого из двух основных детекторов, ATLAS и CMS, по обе стороны от них. Благодаря своему столь удаленному расположению, детекторы FP420 смогут отлавливать протоны, которые, столкнувшись в центре главного детектора, отклонились на совершенно ничтожный угол или вообще не отклонились, но потеряли очень малую долю своей энергии. Благодаря такой системе детектирования слегка отклонившихся протонов физики смогут с беспрецедентной точностью изучать особый класс реакций — центральное дифракционное рождение частиц. Самым интересным процессом здесь является возможность рождения бозона Хиггса в очень «чистых» условиях, без каких-либо вторичных частиц (см. подробности на странице Стратегии поиска бозона Хиггса на LHC).

На сайте ЦЕРНа появился новый раздел — LHC First Physics: media resources, — посвященный первому сеансу работы Большого адронного коллайдера (с ноября 2009-го по осень 2010 года). Этот веб-сайт ориентирован в первую очередь на представителей СМИ. На нем будут выкладываться пресс-релизы, ссылки, мультимедийные и прочие информационные материалы, посвященные запуску коллайдера в 2009 году и введению его в строй. Кроме того, там приведена информация для журналистов о получении аккредитации в ЦЕРНе, чтобы освещать ход событий. Впрочем, там же указано, что непосредственно на запуск коллайдера пресса приглашена не будет, однако если всё пойдет по плану, то СМИ будут присутствовать в день первых столкновений протонов на полной энергии 7 ТэВ.

В архиве электронных препринтов появился небольшой, 24-страничный обзор проекта Super-LHC. Так называют модернизированную версию Большого адронного коллайдера, которую физики рассчитывают реализовать в районе 2015 года. Этот проект подразумевает существенное увеличение светимости коллайдера, что станет возможным только после очень существенной модификации всей цепочки предварительных ускорителей. В обзоре кратко обрисованы новые исследовательские возможности, которые откроются перед исследователями, а также те технические трудности, которые предстоит преодолеть физикам-ускорительщикам и детекторщикам. Полный текст обзора доступен как arXiv:0910.0030.

Охлаждение Большого адронного коллайдера до рабочей температуры (1,9 К) практически завершено. В настоящее время один из секторов находится при температуре 10 К, еще один — 5 К, а остальные шесть уже полностью охлаждены. Текущие температуры во всех восьми секторах можно отслеживать на странице LHC cooldown status, ход температур со временем можно посмотреть на официальном сводном графике, а также на очень любопытных видеороликах, размещенных на сайте Охлаждение LHC: видео. В холодных секторах полным ходом идет тестирование сверхпроводящих электромагнитов, причем в этих тестах проверяются также и новые системы защиты магнитов, установленные в течение последнего года в целях неповторения прошлогодней аварийной ситуации. Подробнее о текущей ситуации см. в заметке из церновского бюллетеня The Latest from the LHC: Towards the big chill, за свежими техническими новостями можно следить на официальной странице 2009 Hardware Commissioning Campaign.

Как уже сообщалось ранее, в конце сентября на Большом адронном коллайдере прошел очередной тест линии передачи пучков из предварительного ускорителя SPS в основное ускорительное кольцо LHC. В отличие от предыдущих сеансов тестирования, в этот раз в тестах участвовали не только протонные пучки, но и пучки ядер свинца. Эти пучки, пройдя по линии передачи TI2, поглощались специальной заслонкой непосредственно на входе в ускорительное кольцо LHC. Всё это происходило в 300 метрах от детектора ALICE, благодаря чему детектор при каждом «выстреле» сгустка ядер регистрировал множество продуктов столкновения релятивистских ядер с ядрами заслонки. Научной ценности эти результаты не представляют, но, как сообщает сайт ЦЕРНа, они оказались полезными для настройки компонентов самого детектора ALICE, поскольку он как раз оптимизирован для изучения столкновений релятивистских ядер.

С 25 по 28 сентября на Большом адронном коллайдере проводились тесты линии передачи пучков из предварительного ускорителя SPS в ускорительное кольцо LHC. Пучки в ходе этих тестов выводятся из ускорителя SPS, проходят по дуге длиной несколько километров и поглощаются заслонкой как раз на входе в LHC (см. схему на странице Устройство LHC). Цель таких тестов — проверить слаженную работу всех магнитных систем, вовлеченных в этот процесс. Кроме того, в ходе этих тестов работают два детектора — ALICE и LHCb, — которые расположены недалеко от заслонок и способны отлавливать частицы, рождающиеся при столкновении пучков с заслонкой. Детектирование этих частиц используется для отладки самих детекторов.

В отличие от предыдущих проверок, на этот раз система инжекции тестировалась как с протонными пучками, так и с пучками тяжелых ядер. Тесты подтвердили хорошую работу всех компонентов системы. Предварительные результаты были озвучены в специальном докладе (PDF, 300 Кб), сделанном 28 сентября во время встречи (LPC Information Meeting) группы по координации работы на LHC (LHC Programme Coordination, LPC).

В ближайшее время ожидаются новые тесты линии передачи пучков. В частности, 12 октября предполагается провести аналогичный сеанс работы, ход которого будет специально оптимизирован под запросы детектора LHCb. А на 24–25 октября запланирован настоящий тест системы инжекции, при котором пучки должны уже будут пройти по дуге в самом ускорителе LHC.

В среду 23 сентября состоялось 99-е заседание Комитета по экспериментам на LHC (LHCC). На нем были заслушаны доклады о состоянии на настоящий момент как самого ускорителя, так и работающих на нем детекторов. Файлы с презентациями доступны на странице научной программы этого заседания.

В четверг, 6 августа, на сайте ЦЕРНа появилось официальное сообщение генерального директора Рольфа Хойера, касающееся энергии протонных пучков в первые месяцы работы Большого адронного коллайдера. В сообщении говорится, что в ходе состоявшейся накануне встречи директората ЦЕРНа с физиками-ускорительщиками было принято решение ограничиться в начале работы энергией в 3,5 ТэВ на протон. Таким образом, полная энергия протон-протонных столкновений поначалу составит 7 ТэВ, что ниже не только проектной энергии 14 ТэВ, но и обсуждавшейся в последнее время первоначальной энергии 10 ТэВ.

Такое решение связано с низким уровнем надежности дипольных магнитов в ускорительном кольце LHC, которые удерживают протонные пучки на своих орбитах внутри ускорителя. Чем больше энергия протонов, тем более сильное магнитное поле необходимо создать в магните для их удержания, а значит, тем более сильный ток должен течь по обмоткам сверхпроводящих электромагнитов. Из-за недостаточного контроля качества при изготовлении магнитов и сборке ускорителя оказалось, что некоторые из сверхпроводящих магнитов не могут выдержать номинальный ток и теряют сверхпроводящее состояние. Меньший ток они всё же держат, и он-то и является лимитирующим фактором при выборе энергии, до которой можно безопасно разгонять протоны.

Ожидается, что после того, как ускоритель некоторое время проработает на полной энергии протонных столкновений 7 ТэВ и специалисты изучат поведение магнитов, будет принято решение о постепенном увеличении энергии вплоть до 10 ТэВ. Затем в конце 2010 года коллайдер будет остановлен на техобслуживание, и уже тогда ускорительщики будут стремиться к достижению номинальной энергии LHC — 14 ТэВ.

Церновский Бюллетень продолжает публиковать очерки о подготовке детекторов LHC к новому запуску коллайдера. Заметка из прошлого выпуска была посвящена подготовке к работе детекторов-гигантов ATLAS и CMS, а в очерке из первого августовского выпуска рассказывается о детекторах ALICE и LHCb. В обеих заметках приведены технические подробности, касающиеся настройки и отладки детекторов, а также рассказывается о том, как эти коллаборации доносят до широкой публики методы и цели своей работы. Напомним, что более подробно за новостями детектора CMS можно следить на страничке CMS Times, а новости детектора ATLAS доступны на странице ATLAS e-News.

Как сообщалось несколько недель назад, в ходе недавних технических проверок на Большом адронном коллайдере был выявлен еще один сорт неполадок — утечка гелия из криогенной системы коллайдера. Она была обнаружена сразу в двух секторах коллайдера (2-3 и 8-1) и в обоих случаях располагалась на самом последнем отрезке секторов. В новом информационном сообщении, появившемся на днях в церновском Бюллетене, говорится о том, что специалисты подозревают в этой течи гибкий шланг, по которому подается жидкий гелий. Похожий дефект был обнаружен два года назад в секторе 4-5. Осмотр тогда показал, что из-за трения о металлические детали конструкции у него появились первые признаки износа. Проблему быстро устранили, просто заменив гибкий шланг на жесткую трубу. Если сейчас причина течи та же, то после нагрева крайних секций обоих секторов до комнатной температуры шланги будут тут же заменены. Таким образом, предварительные сроки запуска коллайдера пока остаются неизменными — середина ноября.

В издательстве EPFL-Press вышла научно-популярная книга “The Large Hadron Collider: A Marvel of Technology”, посвященная истории создания, принципу работы и целям Большого адронного коллайдера. Главный акцент в книге сделан на технологиях, которые позволили реализовать этот беспрецедентно сложный проект. Книга составлена из отдельных глав, написанных самыми разными людьми, так или иначе работавшими над постройкой LHC. Редактор книги и один из главных ее авторов — Линдон Эванс, которого многие называют «создателем Большого адронного коллайдера».

В архиве электронных препринтов на днях появилась статья Гералда Гуралника, посвященная истории открытия (по крайней мере, его группой) хиггсовского механизма, который также известен под своим полным названием «механизм Хиггса–Броута–Энглерта–Гуралника–Хагена–Киббла».

Про хиггсовский бозон сейчас наслышаны многие, но на самом деле хиггсовский бозон сам по себе — вещь второстепенная. Это «побочный результат» важнейшего явления — спонтанного нарушения электрослабой симметрии, изучение которого и будет главной целью LHC. Спонтанное нарушение калибровочных симметрий было описано в 1964 году в независимых работах сразу трех групп: в статье бельгийских физиков Энглерта и Броута из Брюссельского свободного университета, в статье Хиггса из Эдинбургского университета и в статье трех физиков из Имперского колледжа в Лондоне — Гуралника, Хагена и Киббла, причем статья последних трех авторов была как минимум столь же важной, как и работы Хиггса и Энглерта и Броута. Все три статьи находятся сейчас в открытом доступе.

Сейчас, когда хиггсовский бозон уже давно воспринимается в физике элементарных частиц как нечто обыденное, мало кто вспоминает, с какими тонкостями приходилось разбираться теоретикам в начале 1960-х годов. Далеко не все физики верили тогда в то, что калибровочные симметрии вообще могут спонтанно нарушаться. Многие не верили также, что можно проводить какие-то осмысленные вычисления в ситуации, когда вакуум скачком изменил свои свойства (именно это и происходит при спонтанном нарушении симметрии).

Статья Гуралника как раз рассказывает про попытки справиться с теоремой Голдстоуна, про маленькие шаги, которые несколько групп делали на пути к открытию хиггсовского механизма, и про неприятие этой работы в первые годы многим физиками. Жизненные истории в этом рассказе чередуются с описанием некоторых наиболее важных технических моментов работы, поэтому статья может показаться интересной как физикам-теоретикам, так и тем, кто просто интересуется историей физики элементарных частиц.

В коротком информационном сообщении, появившемся 16 июля на сайте ЦЕРНа, сообщается, что в секторах 8–1 и 2–3 обнаружена новая неисправность — недостаточная герметичность гелиевой криогенной системы. При подготовки этих секторов к электрическим тестам обнаружилось, что трубы, по которым должен циркулировать жидкий гелий, дают течь в изолирующий вакуум внутри магнитов. Сейчас оба этих сектора находятся при температуре жидкого азота (80 К), поэтому для устранения этой неисправности потребуется нагрев магнитов до комнатной температуры, что требует значительного времени. По счастью, в обоих секторах эта течь находится на самом конце сектора, рядом с крайним магнитом. Это позволит избежать полного нагрева всего сектора и обойтись нагревом лишь его крайних элементов.

Предполагается, что связанная с этими операциями задержка запуска коллайдера составит несколько недель. Поскольку все остальные ремонтные работы ведутся в срок, сейчас ожидается, что коллайдер будет готов к работе в середине ноября.

На сайте ЦЕРНа появилось короткое информационное сообщение о том, что все ремонтные работы в секторе 3–4, пострадавшем во время аварии в сентябре 2008 года, завершены. Последний гибкий рукав, закрывающий соединения между магнитами, был запаян 23 июня. Сейчас доступ в сектор закрыт; в нём начинается откачка воздуха в трубах и проверка герметичности вакуумной системы. После этих проверок, а также после тестирования электрических систем, можно будет приступать к охлаждению сектора.

На Большом адронном коллайдере завершена установка системы чистки протонных пучков, рассчитанная на первые несколько лет работы коллайдера. Чистка пучков состоит в устранении протонов, «выбившихся» из основного сгустка и совершающих большие поперечные колебания относительно «идеальной траектории» при движении по вакуумным трубам. Такие протоны могут попасть в аппаратуру и повредить ее, а также будут выделять неприемлемо много тепла в сверхпроводящих магнитах ускорителя. Для поглощения таких протонов вдоль ускорительного кольца расставлены коллиматоры — специальные метровые блоки из жаропрочных материалов, которые во время чистки придвигаются вплотную к пучку (подробнее см. на странице Устройство LHC).

В прошлом году к моменту первого запуска LHC на ускорителе было установлено 88 коллиматоров. Этого хватало для первого года работы, а потом, при повышении интенсивности пучка, планировалось доустановить оставшиеся 20. Однако поскольку работа ускорителя задержалась на год, у специалистов появилась возможность завершить установку всех коллиматоров уже сейчас. Таким образом, система чистки пучка готова к расчетным интенсивностям пучков на период вплоть до 2013–2014 годов, когда планируется провести серьезную модернизацию ускорителя. Подробности см. в информационном сообщении на сайте ЦЕРНа.

Внимаю тех, кто следит за новостями с Большого адронного коллайдера! 2 июля состоится специальная лекция директора ЦЕРНа по ускорительным технологиям Стива Майерса (Steve Myers), посвященная статусу LHC. Ремонт сейчас идет по плану, и, несмотря на разнообразные новые проблемы, ЦЕРН пока придерживается прежнего графика, намереваясь запустить LHC в начале осени. Поэтому ожидается, что на лекции будет уже представлено более подробное расписание запуска коллайдера в этом году.

Как говорится в информационном сообщении в последнем выпуске церновского бюллетеня, а также в отчете генерального директора ЦЕРНа Рольфа Хойера, недавно было принято решение довести до комнатной температуры еще один из восьми секторов Большого адронного коллайдера — сектор 4–5. Дело в том, что разработанная недавно система тестирования электрических контактов показала, что в этом секторе есть подозрительные соединения со слишком большим сопротивлением. Сектор тогда находился при температуре жидкого азота, то есть около 80 K, и поэтому все измерения проводились без вскрытия магнитов. Таким образом, нагрев сектора 4–5 до комнатной температуры преследует сразу две цели: подтвердить эти подозрения при комнатной температуре (то есть проверить, насколько надежна методика поиска плохих контактов в холодном секторе) и отремонтировать подозрительные контакты. Если методика проверки контактов в «холодных» секторах окажется надежной, то можно будет ею обойтись и при тестировании оставшихся трех секторов, которые по-прежнему поддерживаются при криогенных температурах.

Отдельно подчеркивается, что процедура нагрева и ремонта займет не очень много времени и не скажется на сроках запуска коллайдера. Действительно, на странице LHC Cooldown status можно заметить, что к настоящему моменту температура в этом секторе уже достигла 280–290 K. Ожидается, что в понедельник 22 июня сектор будет готов к тестам.

Кроме того, в информационном сообщении кратко описывается и ситуация в других «теплых» секторах коллайдера. Сектор 1–2, на котором был заменен один из магнитов, уже восстановлен, закрыт и вскоре будет готов к охлаждению. Сектор 6–7 также починен и проверен, сейчас на нём ведется монтаж соединений.

В июньском номере журнала «Успехи физических наук» вышел небольшой обзор Игоря Михайловича Дрёмина «Физика на Большом адронном коллайдере». В нём кратко описано устройство коллайдера, основные его задачи и научные задачи на первый год его работы.

В минувшие выходные, впервые с момента прошлогодней аварии, была протестирована система передачи пучков из предварительного ускорителя SPS в главное кольцо Большого адронного коллайдера. Протонные сгустки были направлены по линии передачи Tl8 (синяя дуга на рис. 1 на странице Устройство LHC), успешно преодолели дистанцию почти в 3 км и были поглощены 4-метровой графитовой заслонкой непосредственно перед выходом в кольцо LHC, недалеко от зала, в котором установлен детектор LHCb. Как говорится в коротком информационном сообщении на сайте ЦЕРНа, на время этих тестов были включены некоторые компоненты детектора LHCb, и они смогли «увидеть» следы вторичных частиц, родившихся при попадании протонов в заслонку и достигших детектора. Некоторые картинки можно найти на технической странице коллаборации LHCb.

На прошедшей неделе в ЦЕРНе были прочитаны пять лекций, касающихся научной мотивации и технических задач будущего проекта по модернизации LHC до так называемой стадии Super-LHC (sLHC). В понедельник 8 июня состоялась вводная лекция Лина Эванса, главного создателя Большого адронного коллайдера, 9 июня Марцио Несси рассказал, какие требования к детектором будет предъявлять возросшая светимость ускорителя, а в последующих лекциях были описаны различные подходы к увеличению светимости, к устройству магнитов, а также планы модернизации всей цепочки предварительных ускорителей. Файлы с презентациями и видеозаписи лекций доступны по ссылкам.

В новом церновском эксперименте CLOUD в полностью контролируемых условиях внутри трехметровой цилиндрической камеры будет изучаться динамика и условия образования маленьких капелек и кристалликов льда. Роль искусственных космических лучей будет играть протонный пучок из небольшого церновского ускорителя — Протонного синхротрона.

В кратком информационном сообщении, появившемся в последнем выпуске церновского Бюллетеня, рассказывается о ходе работ в поврежденном секторе 3-4. После того как в мае были установлены все отремонтированные магниты, началось восстановление инфраструктуры ускорительного кольца. К началу июня были полностью соединены вакуумные трубы на всей протяженности этого сектора. К настоящему времени техники уже приступили к следующем этапу работ — восстановлению электрических контактов между магнитами. После этого все соединения будут закрыты кожухами, и можно будет приступать к охлаждению этого сектора.

В майском выпуске журнала Symmetry появилась статья A new leader for CERN, рассказывающая о новом генеральном директоре ЦЕРНа Рольфе Хойере и о его видении будущего этой организации. Среди главных акцентов статьи — стремление Рольфа Хойера к расширению ЦЕРНа и к усилению его позиций как крупнейшего научного, технологического и образовательного центра Европы. Географическое расширение ЦЕРНа — это не только увеличение числа стран-участников (к слову сказать, на ближайшем собрании Совета ЦЕРНа будут рассматриваться заявки от 4 стран на включение в состав стран-участников), но и разработка новых схем взаимодействия с неевропейскими странами, а возможно, даже и пересмотр рабочего определения «Европы» в отношении стран-участников ЦЕРНа. Как рассказывается в краткой заметке CERN’s role in the scientific global village из последнего выпуска церновского Бюллетеня, недавно Совет ЦЕРНа принял решение создать новую рабочую группу, которая будет внимательно изучать возникающие тут возможности. Эта же группа должна будет оценить и перспективы расширения научных интересов ЦЕРНа. Первый доклад новой рабочей группы намечен на июнь 2009 года.

Физику элементарных частиц делают люди. За всеми этими огромными ускорителями и детекторами, за сложными математическими теориями стоит на самом деле кропотливая работа людей. К сожалению, в научно-популярных материалах она часто остается за кадром. Проект “Colliding Particles”, стремясь исправить это упущение, представляет зрителям несколько небольших видеосюжетов, в которых рассказывается именно о том, как люди строят физику элементарных частиц.

Авторы проекта выбрали в качестве примера вполне конкретную исследовательскую группу, работающую над конкретной задачей — поиском новых способов обнаружения хиггсовского бозона на Большом адронном коллайдере. В каждом из 10-минутных видеороликов они дают краткую зарисовку того или иного аспекта повседневной работы ученого — от преодоления проблем до общения на конференциях. Все вместе эти видеоролики неторопливо рассказывают о том, что и как делает ученый, изучающий микромир, и зачем он это делает.

7 мая австрийское Министерство науки распространило сообщение о том, что из-за финансовых трудностей Австрия намерена выйти из состава ЦЕРНа к концу 2010 года. Это сообщение вызвало бурный отклик среди исследователей, занимающихся физикой ускорителей и физикой элементарных частиц, как в самой Австрии, так и по всему миру. Это решение выглядит в особенности удивительным сейчас, когда после более чем десятилетия работ над созданием Большого адронного коллайдера физики наконец-то готовы к получению научных данных. Первая официальная реакция ЦЕРНа появилась в понедельник 11 мая, а в пятницу 15 мая вышел и более подробный отчет генерального директора Рольфа Хойера о тех мерах, которые руководство ЦЕРНа предпринимает в сложившейся ситуации. В нём перечислены встречи с представителями австрийского правительства, которые были проведены на этой неделе, а также то, какую позицию в этих переговорах занимал ЦЕРН. Было решено продолжить переговоры и совместно искать компромиссное решение проблемы.

Дополнение: 19 мая было обнародовано, что Австрия приняла решение остаться в составе ЦЕРНа.

Большой адронный коллайдер — главный, но далеко не единственный эксперимент ЦЕРНа. В этой лаборатории параллельно проводится несколько десятков экспериментов в самых разных энергетических диапазонах. Это и эксперимент COMPASS, в котором 450-гэвный протонный пучок из предварительного ускорителя SPS сталкивается с неподвижной мишенью, и эксперимент NA48, изучающий распады K-мезонов, и эксперимент DIRAC, в котором рождаются и распадаются пи-мезонные атомы, и установка ISOLDE, на которой производятся и изучаются низкоэнергетические пучки радиоактивных ядер, и многие другие. Все эти эксперименты используют не главное ускорительное кольцо Большого адронного коллайдера, а меньшие по размеру предварительные ускорители.

Все эти эксперименты всегда оставались важной частью широкой исследовательской программы ЦЕРНа. В эпоху LHC ЦЕРН не только не собирается отказываться от них, но и планирует обновлять и расширять эту сеть экспериментов. Именно этим планам была посвящена прошедшая на днях в ЦЕРНе конференция «New Opportunities in the Physics Landscape at CERN» («Новые возможности в физическом ландшафте ЦЕРНа»). Обширная научная программа конференции включала в себя перспективы уже работающих экспериментов, технические предложения по новым экспериментам, не связанным с LHC, новые возможности, которые появятся в следующем десятилетии после модернизации цепочки предварительных ускорителей, а также совместные эксперименты с другими лабораториями. Практически все доклады свободно доступны онлайн на странице научной программы конференции.

15 мая в кинотеатрах мира начинается прокат приключенческого фильма «Ангелы и демоны» по мотивам одноименной книги Дэна Брауна. ЦЕРН играет ключевую роль в сюжете этого произведения, и несколько эпизодов фильма были отсняты на территории ЦЕРНа. Поскольку в фильме присутствуют элементы вымысла, в том числе и при описании того, что и как изучается в ЦЕРНе, руководство ЦЕРНа сочло полезным предупредить те вопросы, которые неизбежно возникнут у многих зрителей фильма. Именно с этой целью на днях был запущен специальный вебсайт Angels and Demons — the science behind the story. На нём в доступной форме рассказывается о тех физических явлениях, которые вплетены в сюжет фильма (прежде всего — это получение, хранение и свойства антиматерии).

С 6 по 8 мая в американской Берклиевской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса проходит рабочая конференция «Physics Opportunities with Early LHC Data» («Ранние данные LHC: перспективы для физики»). Все файлы с презентациями можно найти на странице научной программы конференции. Главная цель этой встречи — обсудить те исследовательские возможности, которые откроются перед физиками по результатам первых недель и месяцев работы Большого адронного коллайдера. Сейчас ожидается, что LHC вновь заработает в сентябре 2009 года, а первые данные о результатах протонных столкновений с полной энергией 10 ТэВ с него начнут поступать спустя пару месяцев. В 2009-2010 годах будет набрано не слишком много статистики, поэтому ключевые пункты научной программы коллайдера останутся практически нетронутыми. Однако благодаря рекордной энергии столкновений к концу 2010 года уже должно появиться немало новых результатов, касающихся прежде всего сильных взаимодействий.

Разнообразные ремонтные и сервисные работы, которые шли на детекторе ATLAS всю зиму и весну, подходят к концу. ATLAS — это многослойный детектор размером с пятиэтажный дом, поэтому для того, чтобы проникнуть в его центральную часть, детектор осенью пришлось раздвинуть на отдельные блоки. Сейчас, по окончании работ, эти хрупкие тысячетонные блоки необходимо аккуратно воссоединить вновь. На одном из торцов детектора это воссоединение началось еще в апреле, на другом торце работы начнутся в середине мая. Планируется, что детектор в целом будет «закрыт» к концу июня. О некоторых технических сложностях, сопровождающих этот процесс, см. в заметке Closing ATLAS в ленте новостей ATLAS e-News.

На прошедшем 4 мая заседании Комитета по научной политике ЦЕРНа (Scientific Policy Committee) обсуждалась, среди прочего, новая техническая проблема, которая недавно выявилась при тестировании Большого адронного коллайдера, — плохой припой сверхпроводящего кабеля к сопровождающей медной шине в некоторых местах соединения магнитов друг с другом.

Напомним, что сентябрьская авария произошла из-за плохого контакта в месте сплетения двух сверхпроводящих кабелей от соседних магнитов. Однако в месте контакта эти кабели одеты в медный «кожух», который тоже припаян к кабелям. Несмотря на то что медь не является сверхпроводником, она обладает очень небольшим сопротивлением. Поэтому в случае аварии, когда сверхпроводящий кабель выходит из сверхпроводящего состояния, именно медная шина на короткое время принимает на себя весь ток и позволяет сработать аварийной системе гашения тока. Для эффективной работы этого тандема требуется, чтобы контакт между шиной и кабелем не обладал слишком большим электрическим сопротивлением. И как оказалось, это требование не всегда выполняется.

Сейчас все сектора коллайдера, находящиеся при комнатной температуре, проверяются на предмет того, насколько надежны эти контакты. После проверки трех секторов из восьми было найдено пять плохих контактов. Они, конечно, не будут мешать штатной работе коллайдера, но в случае непредвиденной ситуации могут привести к заметным повреждениям, поэтому эти соединения решено переделать. Кроме того, сейчас разрабатывается технология тестирования таких контактов в секторах, находящихся при криогенных температурах, а также внедряются меры по улучшению качества паяльных работ в будущем.

Приведет ли эта проблема к новым задержкам с запуском LHC, пока неизвестно. Однако в информационном сообщении ЦЕРНа говорится, что в случае такой задержки будет продлено время работы LHC в 2010 году.

4 мая состоялось очередное, 259-е по счету заседание церновского Комитета по научной политике (Scientific Policy Committee). Повестка дня включала доклады о текущем состоянии LHC, а также представление двух документов, описывающих подробные планы ЦЕРНа в 2009 году и его стратегию в среднесрочной перспективе, на 2010-2014 годы. К сожалению, представленные доклады не находятся в свободном доступе, однако на сайте ЦЕРНа появилось также информационное сообщение о результатах этого заседания. В нём сообщается, что из-за ремонтных работ на Большом адронном коллайдере темп разработок новых ускорительных технологий в ЦЕРНе слегка замедлился. Связано это с тем, что многие из тех специалистов, которые работают и над будущими ускорителями, вынуждены были сейчас переключиться на ремонт LHC (который, кстати, ведется круглосуточно и без выходных).

В коротком сообщении, опубликованном на днях в журнале CERN Courier, сообщается, что в марте 2009 года в детекторе ALICE, одном из четырех основных детекторов Большого адронного коллайдера, началась установка последнего ключевого компонента — электромагнитного калориметра. Напомним, что детектор ALICE оптимизирован для изучения высокоэнергетических столкновений тяжелых ионов. В таких столкновениях рождается очень много адронов относительно небольшой энергии. Детектор ALICE устроен так, чтобы отлавливать как можно больше таких частиц и надежно измерять их энергию. Имевшийся до сих пор адронный калориметр обеспечивал детектирование только заряженных адронов. Благодаря устанавливаемому сейчас электромагнитному калориметру можно будет измерять также и ту энергию, которая запасена в нейтральных адронах, поскольку нейтральные пи-мезоны распадаются на два фотона.

Вообще говоря, исходно ожидалось, что в течение первого года детектору придется работать без этого компонента, и его планировали доустановить в период модернизации. Однако сейчас, из-за того что запуск LHC задерживается на год, электромагнитный калориметр удалось поставить перед началом экспериментов.

23 апреля на сайте ЦЕРНа появилось короткое сообщение о том, что протонный пучок был запущен из Протонного синхротрона PS в Протонный суперсинхротрон SPS — последний из цепочки предварительных ускорителей, снабжающих протонами Большой адронный коллайдер. Таким образом, запуск предварительных ускорителей идет по расписанию и без происшествий. Вскоре SPS будет готов поставлять протоны как для LHC, так и для нескольких экспериментов на средней энергии.

В очередном информационном бюллетене, размещенном 24 апреля на сайте ЦЕРНа, рассказывается о ходе ремонтных работ на Большом адронном коллайдере по состоянию на конец апреля. 16 апреля в подземный туннель был спущен последний из отремонтированных 15-метровых дипольных магнитов, и сейчас в сектор 3–4, поврежденный во время сентябрьской аварии, осталось установить только две короткие прямые секции (Short Straight Sections, SSS). На этой же странице размещен и видеоролик, посвященный спуску последнего магнита.

Кроме того, в бюллетене приведены некоторые подробности того, как осуществляется чистка вакуумной трубы. Как выяснилось в ноябре при визуальном и эндоскопическом осмотре, внутренние стенки вакуумных труб в ходе аварии покрылись налетом из частичек металлов и сажи, причем не только на месте аварии, но и в сотнях метров от нее. В результате потребовался внимательный, сантиметр за сантиметром, осмотр всех 4800 метров вакуумных труб и опись загрязнений. Те участки, которые не поднимались на поверхность, проходят десять сеансов «чистки ершиком», затем их пылесосят, после чего производится новый эндоскопический осмотр. На текущий момент прочищено уже 68% всей длины вакуумных труб.

В журнале Nature Physics на днях опубликована статья Proton-driven plasma-wakefield acceleration, в которой предлагается новая разновидность плазменного ускорителя электронов. В таком ускорителе короткий сгусток частиц («драйвер»), пролетая сквозь плазму, порождает в ней колебание. Это колебание подхватывает идущий следом сгусток электронов и ускоряет его, как бы неся его «на гребне волны» (подробнее про этот метод ускорения см. в статье Плазменные ускорители и в новости Плазменные ускорители преодолели рубеж в 1 ГэВ). В отличие от стандартной методики, при которой электроны ускоряются электронным же «драйвером», в этой статье предлагается в качестве «драйвера» короткий протонный сгусток. Расчеты, проведенные в статье, показывают, что такая схема может разогнать электроны до энергии около 1 ТэВ на линейном участке длиной всего в несколько сот метров (а не десятки километров, как планируется сейчас для линейного электрон-позитронного коллайдера). Подробности см. в заметке Плазменный ускорителя электронов до Тэвных энергий.

16 апреля завершился ремонт и начался спуск в подземный туннель последнего, 53-го по счету, магнита, поврежденного во время сентябрьской аварии на Большом адронном коллайдере, говорится в кратком сообщении на сайте ЦЕРНа. Этот магнит будет вскоре установлен на свое прежнее место, после чего ремонт LHC перейдет в следующую стадию: техники займутся восстановлением электрических и вакуумных соединений между магнитами, а затем и тестированием отремонтированного сектора ускорителя.

В связи с огромными объемами данных, которые будут выдавать детекторы на Большом адронном коллайдере, задача съема, предварительной обработки данных «на лету» и передачи их на поверхность, в вычислительный центр детектора, становится беспрецедентно сложной. В каждом детекторе эту задачу решает своя система «Триггеры и сбор данных» (Trigger and Data Acquisition, TDAQ), которую разрабатывает и обслуживает специальное подразделение коллаборации.

Вообще говоря, в нормальном режиме работы все компоненты детектора должны действовать согласовано и быть ориентированы на выполнение одной общей задачи. Именно на это естественное требование и опирались разработчики TDAQ. Однако в процессе отладки уже собранного детектора ATLAS выяснилось, что часто съем и предобработку данных требуется распараллелить. Скажем, отладка внутреннего детектора и тестирование калориметров детектора ATLAS были ориентированы на отбор разных событий с космическими лучами. C точки зрения системы TDAQ это выглядело так, словно в одной установке параллельно идет несколько физических экспериментов с разными условиями и разными требованиями к сбору данных. А разработанное программное обеспечение не было рассчитано на такие условия работы и иногда сбоило.

Весной 2008 года, когда эта проблема обнаружилась, было принято решение «пропатчить» программное обеспечение ATLAS так, чтобы оно поддерживало несколько параллельных сессий сбора данных. Кроме того, система должна была позволять в любое время запускать или закрывать новую сессию (то есть включать и выключать новый детектор) без ущерба для остальных. Такая многосессионная версия программного обеспечения разрабатывалась в течение всего 2008 года и была запущена в декабре. Подробности см. в заметке Data in parallel, появившейся в свежем выпуске журнала ATLAS e-News.

На сайте ЦЕРНа в свободном доступе появились материалы конференции Chamonix-2009, прошедшей в феврале этого года и определившей судьбу Большого адронного коллайдера на ближайшие пару лет. Кроме файлов самих презентаций, которые были открыты сразу после окончания конференции, сейчас доступны также и PDF-файлы с текстами докладов и подробными объяснениями. Материалы этой конференции можно, по-видимому, использовать для быстрой и краткой технической справки по различными аспектам подготовительной фазы и фазы запуска LHC.

7 апреля в ЦЕРНе проходит мини-конференция, приуроченная к 75-летию Карло Руббиа (Carlo Rubbia), лауреата Нобелевской премии по физике за 1984 год и бывшего генерального директора ЦЕРНа. В 1960–1980-е годы Карло Руббиа был одной из ключевых фигур в ЦЕРНе. Под его руководством была реализована идея охлаждения протонного и антипротонного пучков, а протонный суперсинхротрон SPS (главный ускоритель ЦЕРНа в то время) был переоборудован в протон-антипротонный коллайдер. В начале 1980-х годов на нём были открыты W- и Z-бозоны, частицы-переносчики слабого взаимодействия, за которые Карло Руббиа и Симон ван дер Мер (Simon van der Meer) получили Нобелевскую премию.

Рассказы о той эпохе от непосредственных ее участников можно найти на страничке научной программы этой мини-конференции. Кроме того, на сайте ЦЕРНа через сервис вебкаст ведется прямая трансляция конференции (с 14:00 до 18:30 центрально-европейского времени, с 16:00 до 20:30 по московскому времени).

6 апреля на сайте ЦЕРНа было опубликовано краткое сообщение о том, что протонный синхротрон (PS) заработал на несколько дней раньше запланированного времени. Протонный синхротрон — это третье звено в цепочке предварительных ускорителей, которые будут поставлять протоны в Большой адронный коллайдер. Первые два звена — линейный ускоритель LINAC2 и PS-бустер — уже были протестированы и настроены в конце марта, и теперь они поставляют пучок в PS. Ожидается, что на отладку протонного синхротрона потребуется пара недель, после чего протонный пучок можно будет направлять в четвертое звено инжекционного комплекса — протонный суперсинхротрон (SPS). Кроме того, с появлением протонного пучка в PS возобновятся многочисленные церновские низкоэнергетические эксперименты, не связанные с LHC.

В соответствии с текущими планами Большой адронный коллайдер должен возобновить работу с протонными пучками в сентябре 2009 года. Однако перед тем, как попасть в основное ускорительное кольцо LHC, протоны будут походить через несколько предварительных ускорителей меньшего размера, которые, разумеется, к сентябрю уже должны быть протестированы и запущены. Неудивительно, что это тестирование проводится уже сейчас, за полгода до запуска LHC.

Первый этап нового запуска ускорительного комплекса — демонтаж и чистка камеры, в которой ионизируется газообразный водород — источник протонов для LHC. В камеру также устанавливаются новые емкости с водородом, которых должно хватить до конца цикла работы (то есть до осени 2010 года). Надо отметить, что типичный расход газообразного водорода — 10 литров в день, хотя в конечном счете до высоких энергий ускоряются лишь 3 миллиграмма водорода в год.

Этот этап был завершен уже в феврале, а 18 марта начались проверка и пробный запуск первого звена цепочки предварительных ускорителей — линейного ускорителя LINAC2. Этот ускоритель получает протоны от источника, разгоняет их до энергии 50 МэВ и впрыскивает их в PS-бустер. Главная задача нынешних работ — добиться бесперебойного пучка требуемой интенсивности на выходе из LINAC2. Подробнее о процедуре запуска этого ускорителя см. в заметке Chain re-action из свежего выпуска церновского бюллетеня.

2005 год был объявлен годом физики, и в связи с этим в интернете стали появляться разнообразные проекты, направленные на популяризацию современной физики. Одним из них был коллективный блог Quantum Diaries («Квантовые дневники») — онлайн-площадка для ученых, работающих в основном в физике элементарных частиц, которые хотели рассказать о своей работе широкой аудитории. Просуществовав год, этот проект в начале 2006 года закрылся, и активным блоггерам пришлось перейти на другие коллективные блогосервисы или открыть свои независимые блоги. Однако за время своей жизни этот проект продемонстрировал, что тематическое объединение нескольких блогов «под одной крышей» — решение очень удобное, как для самих блоггеров, так и для читателей. Эту идею сейчас использует, например, US/LHC Blogs — коллективный блог американских физиков, участвующих в работе Большого адронного коллайдера.

И вот недавно «Квантовые дневники» были запущены вновь, уже с новыми участниками, число которых, несомненно, будет расти. Поддерживает этот обновленный сервис научно-популярный портал Interactions.org, целиком посвященный самым разным аспектам физики элементарных частиц. Этот коллективный дневник можно посоветовать любому, кто хочет узнавать о последних достижений экспериментальной физики элементарных частиц из первых рук.

Большой адронный коллайдер оказался настолько сложной установкой, что у специалистов опускаются руки: они не могут с ним справиться и вынуждены постоянно его ремонтировать. В условиях финансового кризиса наименее болезненным выходом из сложившейся ситуации может стать полный демонтаж LHC.

С 21 по 27 марта в Праге проходит конференция CHEP-2009 (Computing in High Energy and Nuclear Physics). Это уже семнадцатая по счету встреча в серии конференций, посвященных различным аспектам информационных и вычислительных технологий для обработки экспериментов в физике элементарных частиц и ядерной физике. Темы докладов касаются оптимизации компьютерного «железа» и программного обеспечения, специфических алгоритмов и математических библиотек, методов визуализации, эффективной организации распределенных вычислений, технологий для эффективного сотрудничества и многого другого. Большинство докладов имеют непосредственное отношение к экспериментам на Большом адронном коллайдере и на других ускорителях. Все файлы с презентациями находятся в свободном доступе на странице научной программы конференции. По поводу одной из разработок, представленных на этой конференции (новая система коллаборативного анализа данных детектора ALICE), был также выпущен специальный пресс-релиз Аргоннской национальной лаборатории в США.

Пиксельный детектор — это «слойка» из полупроводниковых пластинок с массивами микроскопических чувствительных ячеек — пикселей. Его задача — как можно точнее восстановить первые несколько сантиметров траекторий высокоэнергетических заряженных частиц, рождающихся в столкновениях встречных пучков на ускорителе. Для выполнения этой задачи его приходится устанавливать в самом сердце детектора, в считанных сантиметрах от места столкновения пучков. Такая близость к точке рождения частиц приводит к тому, что пиксельный детектор получает огромную дозу радиации, но при этом он должен оставаться работоспособным. Такие суровые условия эксплуатации предъявляют очень серьезные требования к материалам и конструкции как самого пиксельного детектора, так и обслуживающей его электроники. Поэтому неудивительно, что разработка пиксельных детекторов — это большое отдельное направление в современной детекторной физике.

С 23 по 26 сентября 2008 года в американской Национальной лаборатории им. Э. Ферми прошла конференция Pixel-2008, целиком посвященная прогрессу в этой области. Доклады, представленные на этой конференции, были оформлены в виде довольно подробных обзоров, которые на днях были опубликованы в специальном выпуске журнала Journal of Instrumentation. Эти обзоры посвящены как различным аспектам пиксельных детекторов, уже созданных для экспериментов на Большом адронном коллайдере и на других ускорителях, так и новым технологиям, ориентированным на будущие эксперименты. Кроме того, имеются интересные обзоры, касающиеся применения пиксельных детекторов и вне физики элементарных частиц (например, обзор Semiconductor Pixel detectors and their applications in life sciences, посвященный применению пиксельных детекторов в биомедицинских исследованиях). Многие статьи снабжены большим количеством фотографий. Все статьи находятся в свободном доступе.

ЦЕРН запустил интерактивный веб-сайт для детей «Цернландия» (CERNland), где в легкой форме рассказывается про Большой адронный коллайдер и эксперименты на нем, а также предлагаются образовательные онлайн-игры, видеоролики и материалы для скачивания. Сайт пока доступен на трех языках: английском, французском и итальянском.

Специалисты, работающие на детекторах Большого адронного коллайдера, по максимуму используют сейчас те лишние месяцы, которые высвободились из-за простоя LHC. Они отлаживают собранные детекторы, заменяют дефектные кабели и чувствительные элементы, а также доустанавливают те компоненты детекторов, которые не успели подготовить к первому запуску LHC осенью прошлого года.

Именно такая процедура сейчас проводится в детекторе CMS — в нём последние две недели полным ходом идет установка так называемого предливневого детектора. Предливневый детектор — это специальная прослойка между трековыми детекторами и калориметрами. Главная его задача — надежно отличать один высокоэнергетический фотон от пары фотонов, вылетевших из точки столкновения под очень близкими углами. Отдельный фотон является чрезвычайно важным «свидетелем» какого-то интересного события, а близкая пара фотонов получается, как правило, из-за распада быстро летящего нейтрального пи-мезона и обычно ни о чём интересном не говорит. Без предливневого детектора эти два класса событий разделить было бы практически невозможно. Подробнее об установке предливневого калориметра см. в выпуске бюллетеня CMS Times за 16 марта.

13 марта на конференции “Rencontres de Moriond 2009” были представлены новые результаты по поиску хиггсовского бозона. C достоверностью 95% уже исключена область масс от 160 до 170 ГэВ, и обработанная статистика неуклонно возрастает. Даже если LHC заработает в срок, не исключено развитие событий, при котором хиггсовский бозон будет найден — или не найден — именно на Тэватроне.

В пятницу 13 марта в ЦЕРНе пройдут мероприятия, посвященные двадцатилетию «всемирной паутины» — World Wide Web. Именно 20 лет назад работавший в ЦЕРНе Тим Бернерс-Ли разработал предложения по реорганизации информационного обмена, из которых затем выросла WWW. Программу церновских мероприятий можно найти на специальной странице, а сами мероприятия будут транслироваться онлайн начиная с 14:00 центрально-европейского времени (16:00 по московскому времени) через церновский webcast-сервис.

На сайте фотографа Питера Маккреди (Peter MacCready) появилась серия «круговых» фотографий из экспериментальных залов Большого адронного коллайдера, создающих эффект присутствия. Управляя мышкой, можно посмотреть в любую сторону, в том числе вверх и вниз, а также можно приблизить или отдалить изображение. Фотографии были сделаны в течение нескольких последних лет; на них запечатлены разные этапы сборки детекторов. См., например, детектор CMS в августе 2008 года, детектор ALICE в августе 2007 года, детектор ATLAS в сентябре 2005 года.

Пресс-служба ЦЕРНа продолжает регулярно выпускать короткие информационные сообщения о ходе ремонтных работ на Большом адронном коллайдере. На начало марта дела обстоят следующим образом. Поврежденные во время сентябрьской аварии магниты давно были отсоединены и подняты на поверхность. Сейчас они уже отремонтированы, и их заново «одевают» в криостаты — внешние изолирующие оболочки. Восстановленные магниты проходят криотестирование перед спуском обратно в туннель (на конец февраля успешно протестировано 6 магнитов). Сектор 6–7 был нагрет до комнатной температуры, и в начале марта в нём началось отсоединение одного магнита, в котором был недавно обнаружен контакт со слишком большим сопротивлением (50 нОм). Кроме того, во всех секторах коллайдера, находящихся при комнатной температуре, полным ходом идет внедрение новых мер механической безопасности коллайдера (установка новых клапанов для сброса избыточного давления гелия и более прочные крепления магнитов к полу).

На прошедшей в Чикаго конференции AAAS был представлен график вероятности того, что хиггсовский бозон с той или иной массой будет замечен на Тэватроне к концу 2009-го и 2011 года. Если считать, что масса хиггса меньше 180–190 ГэВ, то шансы Тэватрона заметить его хоть на каком-то небольшом уровне статистической значимости довольно велики.

24 февраля в ЦЕРНе прошло специальное мероприятие, посвященное результатам прошедшей недавно конференции Chamonix-2009. Как мы уже писали, по результатам этой в буквальном смысле слова судьбоносной конференции была выработана программа работы Большого адронного коллайдера в 2009–2010 годах. Однако эту программу предваряла целая неделя технических докладов и жарких дискуссий между специалистами. В серии коротких отчетов, представленных 24 февраля широкой публике, эти доклады и дискуссии как раз и были обрисованы в сжатом виде. Все файлы с отчетами доступны на странице этого мероприятия; перечислим лишь их названия:

• Что мы изучили без пучков в 2008 году.

• Вопросы безопасности.

• Ремонт сектора 34.

• Стратегия работ по предотвращению инцидентов и по минимизации механических повреждений.

• Изменения в расписании нерабочего времени в 2008–2009 годах и в будущем.

• Что еще может сломаться.

• Что мы изучили с пучками в 2008 году.

• Как мы будем подготавливать запуск пучков в 2009 году.

• Что планируется делать с пучками в 2009–2010 годах.

С 23 по 27 февраля в ЦЕРНе будет прочитано несколько вводных лекций по физике и технике ускорителей. Темы этих лекций: устройство кольцевых и линейных ускорителей, поведение пучков частиц в них, методы слежения за пучками и т. п. Лекции предназначены для первого знакомства с предметом и требуют лишь некоторого знания классической механики и электродинамики. Их можно порекомендовать всем, кто хочет научиться понимать технические отчеты по работе Большого адронного коллайдера. Файлы с презентациями лекций будут выложены на странице этого лекционного курса; некоторые доклады уже доступны онлайн.

В среду, 18 февраля, в ЦЕРНе состоялось очередное, уже 97-е по счету, заседание Комитета по экспериментам на LHC (LHCC). Заседание было коротким, его программа состояла всего из двух пунктов. Вначале выступил Стив Майерс (Steve Myers) с докладом о прошедшей две недели назад конференции Chamonix-2009, на которой был принят план работы Большого адронного коллайдера в 2009-2010 годах. Он подробно описал те критерии, которыми руководствовались участники конференции, вырабатывая план работы LHC (реалистичный план ремонтных работ, оценка разнообразных рисков, необходимость получить первые интересные результаты в 2010 году), и рассказал о принятых решениях.

Затем прозвучало сообщение Франсуа Вазе (François Vasey) о прошедшей в сентябре 2008 года конференции TWEPP-08 (Topical Workshop on Electronics in Particle Physics), посвященной электронике в физике элементарных частиц. Внимание, которое уделяется электронике в этой области физики, не случайно — электроника присутствует повсюду в детекторах элементарных частиц, и подчас от ее работоспособности зависит эффективность работы всего детектора. Эта серия конференций стартовала еще в 1995 году; нынешняя встреча стала уже четырнадцатой. Основные вопросы, которые на ней обсуждались, касались новых технологий для электроники, которые используются на LHC, и требования к электронике для будущей модернизации коллайдера.

9 февраля состоялось заседание директората ЦЕРНа, на котором был одобрен план работы Большого адронного коллайдера в 2009-2010 годах, сообщается в пресс-релизе ЦЕРНа. В соответствии с утвержденным расписанием, коллайдер будет охлажден до рабочей температуры в августе, пучки начнут циркулировать в конце сентября, столкновения протонов начнутся в октябре. Главный пункт этого плана — Большой адронный коллайдер будет работать непрерывно вплоть до осени 2010 года, в том числе и в течение зимы (не считая небольшой рождественской паузы). Такое решение в отношении крупного ускорителя принято впервые за всю историю ЦЕРНа. В 2010 году также возможно выделение времени и для столкновения ядер.

В пресс-релизе говорится, что главными критериями, которыми руководствовались специалисты при выработке этого плана, были максимальная безопасность запуска ускорителя вкупе с необходимостью начать работу в 2009 году и набрать статистику к концу 2010 года, достаточную для получения первых новых результатов. По словам генерального директора ЦЕРНа Рольфа Хойера, «расписание, которое у нас сейчас есть, является, без сомнения, наилучшим для LHC и для физиков, ожидающих экспериментальные данные».

С 9 по 27 февраля в ЦЕРНе пройдет представительная рабочая конференция “From the LHC to a Future Collider” («От LHC к будущему коллайдеру»). Это преимущественно теоретическая конференция. Главная ее цель — провести ревизию многолетних усилий теоретиков и обсудить конкретные стратегии изучения механизма нарушения электрослабой симметрии при различных вариантах развития событий на Большом адронном коллайдере. Кроме того, на конференции будут обсуждаться и перспективы разнообразных будущих коллайдеров, проекты которых разрабатываются уже давно.

В рамках этой конференции создано четыре отдельных секции. Их тематика связана с различными вариантами результатов работы LHC в первые два-три года:

1. будет обнаружена частица, похожая на хиггсовский бозон (в любом из вариантов хиггсовского механизма);

2. не будет обнаружено ни одной частицы, похожей на хиггсовский бозон;

3. будут обнаружены события с большим дисбалансом поперечного импульса (такие события означают, что рождаются «невидимые» частицы, например частицы темной материи);

4. другие явления, не вписывающиеся в рамки Стандартной модели.

Расписание, план работы и темы, вынесенные на повестку дня, можно узнать на странице научной программы конференции.

Главная / LHC / Новости LHC

В выпуске церновского бюллетеня от 9 февраля сообщается о завершении программы по обновлению магнитов Протонного синхротрона. Протонный синхротрон — это один из нескольких предварительных ускорителей, снабжающих Большой адронный коллайдер протонами и тяжелыми ядрами. Это один из старейших ускорителей ЦЕРНа: он был построен еще в 1959 году и за эти полвека несколько раз модернизировался. В 2003 году в ходе одного из электрических тестов магнитов этого ускорителя были обнаружены дефекты в двух магнитах, вызванные большой полученной дозой облучения и старением материала. Было принято решение провести ревизию и других магнитов для того, чтобы исключить возможность аварийной остановки ускорителя в ходе работы. Сейчас, когда установлен последний обновленный магнит, протонный синхротрон будет тестироваться в течение пяти недель, и в конце марта он будет готов к работе.

По результатам конференции Chamonix-2009 были выработаны рекомендации с конкретным планом работы LHC на ближайшие два года. Как сообщается в  пресс-релизе ЦЕРНа от 6 февраля, Большой адронный коллайдер предлагается запустить в октябре 2009 года и дать ему проработать вплоть до осени 2010 года без зимнего перерыва. Для того чтобы вступить в силу, эти рекомендации должны быть одобрены на заседании Директората ЦЕРНа, которое состоится в понедельник 9 февраля.

См. также подробности в кратком сообщении генерального директора ЦЕРНа о результатах конференции и в заключительном докладе конференции (PDF, 3,3 Мб).

В пятницу вечером был вновь открыт доступ к научной программе конференции Chamonix-2009, на которой принимались решения касательно ближайшего будущего Большого адронного коллайдера. Сейчас на этой странице имеются также и файлы с презентациями всех докладов (с ними могут ознакомиться все желающие). Принятые на этой конференции решения будут обнародованы 24 февраля в ЦЕРНе на специальной презентации.

Как мы уже сообщали ранее, сейчас, со 2-го по 6 февраля, проходит конференция Chamonix-2009, имеющая важнейшее значение для ближайшего будущего Большого адронного коллайдера. На ней подводятся окончательные итоги 2008 года и принимается детальная программа работ на 2009 год. Ожидается, что именно на ней будет решено, сколько времени и на какой энергии начнет работать LHC, как будет увеличиваться количество сгустков в пучках, когда стоит ожидать столкновения ядер и т. д. Сейчас доступ к программе конференции закрыт, однако написано, что доступ будет снова открыт по окончании конференции. Мы познакомим читателей с решениями, которые будут приняты на этой конференции.

В 2006 году под эгидой итальянского Национального института ядерной физики состоялись три рабочих конференции, посвященные численному моделированию для LHC. Материалы этих конференций превращены в единый связный текст, и получившийся двухтомник на днях опубликован в архиве электронных препринтов.

В пятницу, 30 января, пресс-служба распространила очередное информационное сообщение, касающееся хода ремонтных работ на Большом адронном коллайдере. В нём сообщается, что отсоединенный накануне и поднятый на поверхность магнит из сектора 1-2 был вскрыт, и в нём действительно обнаружился дефект сварки двух электрических контактов. Это демонстрирует, что новая диагностическая система, с помощью которой сейчас «прозванивается» весь коллайдер и отыскиваются контакты со слишком большим сопротивлением (как минимум несколько десятков наноом), действительно работает надежно. С помощью этой системы был обнаружен также еще один плохой контакт в секторе 6-7. Этот сектор сейчас нагревают до комнатной температуры с целью замены подозрительного магнита. Утверждается, что эта операция не удлинит сроков ремонта ускорителя.

В секторе 3-4, пострадавшем во время сентябрьской аварии, по-прежнему продолжается установка запасных магнитов. На сегодня установлено уже 9 из 55 элементов ускорителя, подлежащих замене. Пока все работы идут в согласии с графиком.

26 января в журнале Physics World опубликовано пространное интервью с Джеймсом Джиллисом (James Gillies), главой пресс-службы ЦЕРНа и споуксменом ЦЕРНа. Затронутые в нём вопросы так или иначе связаны с освещением событий, происходивших на Большом адронном коллайдере в 2008 году. Интервью будет очень интересно тем, кто следил за перипетиями осенних событий — предварительные тесты, разнообразные поломки и их устранение, запуск коллайдера, авария 19 сентября и последовавшее за ней перекрытие доступа к многочисленным источникам информации. Вопросы были порой очень острые и неудобные (например, «Скажите, кто отдал распоряжение запаролить доступ к фотографиям поломок сразу после того, как ссылки на них появились в блогах?»), но тем интереснее получилось интервью.

Для тех, кто хочет увидеть воочию данные, получаемые на Большом адронном коллайдере, есть хорошие новости. Бесплатный программный пакет Atlantis покажет события, зарегистрированные на детекторе ATLAS, причем во всех подробностях — именно так, как их видят сами участники экспериментов.

Хиггсовский механизм — не единственный способ придать массу элементарным частицам. Например, 98% массы протона возникает из-за динамического нарушения симметрий сильного взаимодействия. Возникает естественное желание представить, как выглядел бы мир, если бы в нём не было хиггсовского механизма нарушения электрослабой симметрии, а массы частиц возникали бы за счет сильного взаимодействия. Насколько он отличался бы от реальности? Именно такому «мысленному эксперименту» был посвящен вышедший на днях препринт Ch. Quigg, R. Shrock, Gedanken Worlds without Higgs: QCD-Induced Electroweak Symmetry Breaking (arXiv:0901.3958).

Среди многочисленных любопытных наблюдений стоит отметить то, что в таком мире без хиггсовского механизма массы W- и Z-бозонов получились бы в тысячи раз меньше, а слабое взаимодействие было бы вовсе не таким слабым, как в реальном мире. Авторы подчеркивают, что, в отличие от популярных в последнее время и довольно экзотических моделей «бесхиггсовского» нарушения электрослабой симметрии, они не пытаются описать реальные экспериментальные данные, а просто исследуют то, как выглядел бы такой вымышленный мир.

Следуя обещанию генерального директора ЦЕРНа Рольфа-Дитера Хойера, церновский бюллетень (CERN Bulletin) продолжает регулярно освещать ход ремонтных и диагностических работ, которые сейчас ведутся на Большом адронном коллайдере. В выпуске бюллетеня за 26 января появилась короткое сообщение о том, что происходило в последние дни. Кроме ремонта и установки запасных магнитов в поврежденном секторе 3-4, недавно был поднят на поверхность и один из магнитов сектора 1-2, внутри которого новая диагностическая система обнаружила плохой электрический контакт (см. подробности на странице про аварию 19 сентября). Кроме того, в «теплых» секторах коллайдера проведена диагностика соединений между магнитами и выявлено три деформированных соединения, которые подлежат замене.

Дело тут в том, что аппаратура коллайдера неизбежно сжимается при охлаждении и расширяется при нагревании. Для компенсации этого сжатия и расширения имеются специальные подвижные металлические сочленения между магнитами, которые поддерживают непрерывность вакуумных труб. Каждый раз, когда сектор возвращается к комнатной температуре, есть опасность, что эти сочленения деформируются с образованием «выпячиваний» внутрь трубы (это одна из причин, почему нагрев и охлаждение идут так медленно). Такие выпячивания опасны, поскольку они будут взаимодействовать с пучком через наведенные токи; поэтому их надо устранять. Два года назад в ЦЕРНе придумали простую, дешевую и эффективную технологию проверки этих соединений без вскрытия ускорителя. Для этого вдоль трубы запускается легкий шарик чуть меньшего диаметра со встроенным радиопередатчиком. Перемещение шарика можно легко отследить с помощью установленных вдоль ускорителя датчиков. Давление газа с одной стороны заставляет его двигаться по трубе с некоторой скоростью, однако даже небольшое препятствие останавливает шарик. В этом случае вскрывают и проверяют только подозрительный узел ускорителя. Подробности этой процедуры см. в более раннем сообщении в церновском бюллетене.

В свежем выпуске церновского бюллетеня (CERN Bulletin) появилось обращение генерального директора Рольфа-Дитера Хойера ко всем сотрудникам ЦЕРНа. В этом обращении он призывает наладить новый открытый диалог между администрацией ЦЕРНа и рядовыми сотрудниками — то, чего, по его мнению, не хватало организации раньше. Со своей стороны он вместе с другими членами директората ЦЕРНа обещает еженедельно публиковать очерки, посвященные их взглядам на различные аспекты жизни ЦЕРНа. Так, в том же выпуске церновского бюллетеня опубликованы интервью с тремя директорами ЦЕРНа — директором по ускорителям и технологиям Стивеном Майерсом (Stephen Myers), директором по исследованиям и вычислительным технологиям Серджио Бертолуччи (Sergio Bertolucci) и директором по администрации и общей инфраструктуре Сигурдом Леттовом (Sigurd Lettow). Генеральный директор надеется на отклик сотрудников, которым предлагается направлять свои мнения в тот же церновский бюллетень, а также высказываться на специальном церновском форуме. Кроме того, среди сотрудников предполагается проводить регулярные опросы мнений.

19 января в архиве е-принтов появилась короткая статья, в которой представлены результаты новых расчетов сечения рождения хиггсовского бозона в глюон-глюонных столкновениях. В этих расчетах использовались самые новые, опубликованные на днях партонные распределения, а также учитывались недавние вычисления диаграмм высокого порядка. Оказалось, что сечение рождения хиггсовского бозона на LHC заметно (на десятки процентов) выше, чем считалось до сих пор. Эффект оказался наиболее сильным для небольших масс хиггсовского бозона. В случае Тэватрона результаты новых расчетов привели к несущественным поправкам по сравнению с предыдущими оценками.

15-16 января в ЦЕРНе прошла рабочая конференция, посвященная проекту Linac4. Материалы конференции доступны онлайн; см. также TWiki-страницы проекта Linac4 на сайте ЦЕРНа.

Linac4 — это небольшой линейный ускоритель, который через несколько лет будет работать первым звеном в цепочке предварительных ускорителей, снабжающих протонами главное ускорительное кольцо Большого адронного коллайдера. Он придет на смену работающему сейчас ускорителю Linac2 и будет разгонять протоны до большей энергии и обладать большей пропускной способностью. Linac4 станет первым шагом в модернизации всей цепочки предварительных ускорителей, которую потребуется провести для того, чтобы Большой адронный коллайдер смог в середине 2010-х годов заработать в режиме Super-LHC.

Работа над проектом началась давно, и сейчас она уже достигла стадии окончательного дизайна. Кроме того, в октябре 2008 года началось возведение отдельного здания под этот ускоритель, которое планируют закончить к концу 2010 года. Вся аппаратура будет к тому времени уже изготовлена, в 2011 году начнется сборка ускорителя, в 2012 году он будет протестирован, а в 2013 году — готов к работе.

В настоящее время в ЦЕРНе параллельно с ремонтом магнитов Большого адронного коллайдера полным ходом идут также и технические работы на детекторах. Специалисты решили по максимуму использовать те несколько месяцев, которые освободились в результате вынужденного простоя LHC, и заменяют сейчас поврежденные или бракованные компоненты детекторов, а также по возможности проводят модернизацию некоторых элементов детектора.

Как сообщается на сайте новостей детектора ATLAS (ATLAS e-News), в октябре–декабре 2008 года детектор медленно раздвигали для того, чтобы открыть доступ ко всем слоям детектора. Это была первая операция по раздвижке огромного 40-метрового детектора, поэтому ее выполняли предельно осторожно; в будущем специалисты надеются ускорить эту процедуру до 4 недель. К настоящему времени уже заменены две мюонные камеры, которые сломались почти два года назад; были отремонтированы отдельные компоненты калориметров, а также были заменены некоторые оптоволокна на новые, более радиационно-стойкие. Одновременно с этим в компьютерных центрах ATLAS тестируется новое программное обеспечение для обработки данных с детектора ATLAS. Предполагается все ремонтные работы закончить к началу марта, когда детектор начнут снова собирать в единое целое. Ожидается, что к маю детектор будет вновь готов к работе.

Авария 19 сентября 2008 года не только внесла коррективы в расписание работы Большого адронного коллайдера, но и заставила ЦЕРН серьезно взяться за переоценку технологических рисков, связанных с эксплуатацией коллайдера. Ее результатом стал ряд новых мер безопасности, которые уже внедряются на LHC. Однако для того, чтобы подстраховаться на случай неадекватной оценки, в ЦЕРНе было принято решение организовать две комиссии из «внешних», не связанных с ЦЕРНом экспертов, которые бы свежим взглядом посмотрели на эту проблему. Как сообщил генеральный директор ЦЕРНа Рольф Хойер на общей встрече церновского персонала, одна из комиссий займется оценкой системы защиты сверхпроводящих магнитов, а вторая проанализирует иные риски, которые могут возникнуть при работе коллайдера. Руководители обеих комиссий уже выбраны, и в ближайшее время они должны приступить к работе.

12 января состоялась встреча нового Генерального директора ЦЕРНа Рольфа Хойера с сотрудниками. В своем докладе Хойер представил свое видение ближайшего будущего ЦЕРНа и основные направления его развития в более далекой перспективе, а также кратко описал реорганизацию менеджмента ЦЕРНа.

Со 2 по 6 февраля в альпийском курортном городке Шамони пройдет конференция Chamonix-2009. Именно на ней будут приниматься самые важные технические и организационные решения, связанные с работой Большого адронного коллайдера в наступившем году. Эта конференция — закрытая, по приглашениям, однако можно надеяться, что доклады с конференции появятся в свободном доступе. Впрочем, уже сейчас на странице программы конференции представлены подробные аннотации докладов, которые будут заслушаны на ней.

Доклады 2 февраля будут посвящены полученному в 2008 году опыту до запуска пучков — то есть тестам магнитов, электрической, криогенной и вакуумной систем, вопросам безопасности. Весь день 3 февраля будет посвящен аварии в секторе 3-4 и мерам по предотвращению таких инцидентов в будущем. Утро 4 февраля будет посвящено планам по возможной реорганизации годичного цикла работы LHC. Вечером состоится интересное обсуждение того, какие еще нештатные ситуации на LHC теоретически могут произойти и как на них надо реагировать. 5 февраля пройдут доклады, посвященные экспериментам с пучками и конкретным планам на 2009 год. Наконец, 6 февраля будут обсуждаться научные планы на 2009/2010 годы.

В августе 2008 года в специальном выпуске журнала Journal of Instrumentation были опубликованы технические обзоры устройства Большого адронного коллайдера и всех его детекторов. Эти обзоры касались строения детекторов, их воплощения в «железе». На днях в архиве е-принтов появился долгожданный обзор Expected Performance of the ATLAS Experiment — Detector, Trigger and Physics, посвященный функциональным возможностям детектора ATLAS, то есть тому, как детектор, собственно, будет работать.

Этот обзор представляет собой не статью и даже не книгу, а увесистый многотомник. На 1852 страницах рассказывается обо всех аспектах функционирования детектора — начиная с того, как будут восстанавливаться свойства зарегистрированных частиц и отбираться события для анализа, и заканчивая подробным разбором стратегий поиска хиггсовского бозона, суперсимметрии, проверок различных экзотических теорий. В определенном смысле, это официальный план действий коллаборации ATLAS.

Характерная черта высокоэнергетических столкновений с участием протонов — невозможность рассчитать сечения тех или иных процессов, опираясь только на теорию. Однако теоретики доказали, что это сечение можно разбить на две части — причем одна часть вычисляется хорошо, а вторая часть (партонные распределения), хоть и не вычисляется, но зато универсальна для всех процессов. Поэтому если узнать вид партонных распределений из одних процессов, то можно будет делать надежные теоретические предсказания и для множества других реакций.

В мире существует несколько групп, которые уже долгие годы занимаются анализом экспериментальных данных и получают из них параметризации партонных плотностей. Одна из этих групп, называемая MSTW (по именам авторов), опубликовала на днях большую статью с новыми результатами анализа. В статье приводятся также теоретические предсказания для различных процессов на LHC, сосчитанные с учетом новых партонных распределений.

1 января 2009 года Рольф-Дитер Хойер (Rolf-Dieter Heuer) вступил в должность Генерального директора ЦЕРНа, сменив на этом посту Робера Эмара (Robert Aymar). И уже в тот же день на сайте ЦЕРНа появилось новогоднее обращение нового генерального директора ко всем сотрудникам.

В этом обращении подчеркивается, что главным приоритетом руководства ЦЕРНа на 2009 год является успешный запуск LHC и получение первых научных результатов. По словам Хойера, расписание работ по восстановлению коллайдера, обнародованное в конце года (то есть новый запуск коллайдера в июле), является «агрессивным», но у специалистов есть все шансы уложиться в срок. Если же по каким-то причинам работы будут задерживаться, то вестись они будут без излишней торопливости.

В обращении также говорится, что сейчас настало время определиться с приоритетами ЦЕРНа и в более далекой перспективе. В принципе, уже давно изучаются возможности модернизации LHC и новых будущих экспериментов, но, по-видимому, генеральный директор считает, что пришло время конкретизировать усилия. Он пообещал, что в ближайшем выпуске церновского бюллетеня (CERN Bulletin) появится статья, описывающая его видение этой задачи.

Пока Большой адронный коллайдер не вступил в строй, самым высокоэнергетическим ускорителем остается протон-антипротонный коллайдер Тэватрон, работающий в Фермиевской национальной лаборатории в Чикаго. Однако после 2010 года Тэватрон уже не сможет составлять конкуренцию LHC, и лаборатории придется сместить акцент на другие типы экспериментов. Одно из перспективных направлений — новые опыты с антипротонами невысоких энергий (до 10 ГэВ), которые в изобилии производятся в Фермилабе. На днях в архиве е-принтов появился текст доклада Proposed new antiproton experiments at Fermilab, посвященного перспективам в этой области.

В докладе описывались эксперименты двух типов. Первый тип — это протон-антипротонные аннигиляционные эксперименты с фиксированной мишенью. В таком эксперименте антипротоны со скромной энергией 6–10 ГэВ налетают на неподвижную мишень и аннигилируют с ядрами атомов водорода — протонами, рождая при этом небольшое число тяжелых частиц. Список задач такого эксперимента включает изучение чармониев (мезонов состоящих из «очарованной» кварк-антикварковой пары), осцилляции и CP-нарушение в D-мезонах, рождение и редкие распады гиперонов. В принципе, эти задачи уже ставились в отдельных экспериментах в Фермилабе, и в них были получены интригующие результаты, но с небольшой статистической значимостью. Сейчас предлагается, по сути, резко увеличить их эффективность.

Второй тип экспериментов — создание большого количество антиводорода и изучение его свойств. Сравнение спектроскопии антиводорода с обычным водородом позволит проверить эквивалентность свойств вещества и антивещества, а специальный гравитационный эксперимент с антивеществом позволит впервые измерить ускорение свободного падения для антиводорода (то есть гравитационное взаимодействие вещества и антивещества). Подробнее про планируемые эксперименты см. на странице New pbar Experiments for Fermilab.

У быстро летящих протонов есть много необычных свойств, и некоторые из них до сих пор заставляют физиков ломать головы. Одна из таких загадок — как спин протона описывается на языке партонов. Более 20 лет назад экспериментаторы с удивлением обнаружили, что спин кварков играет в этом совсем небольшую роль. Получается, что основной эффект должен идти либо от спина глюонов, либо от орбитального углового момента партонов. За прошедшие годы была проведена большая работа в этой области, как теоретическая, так и экспериментальная. Текущее состояние дел подробно описано в вышедшем на днях обзоре Spin Structure of the Nucleon — Status and Recent Results. Если сказать одной фразой, то проблема пока не решена, но идущие сейчас и планируемые на будущее эксперименты помогут дать ответ.

В выпуске журнала Nature за 17 декабря появилась большая статья, посвященная Линдону Эвансу (Lyndon Evans) — руководителю проекта по созданию Большого адронного коллайдера, человеку, про которого бывшие директора ЦЕРНа говорят: «Он построил LHC».

Лин Эванс появился в ЦЕРНе в 1970-х годах и принял активное участие в превращении протонного суперсинхротрона SPS — главной машины в ЦЕРНе в то время — в протон-антипротонный коллайдер, на котором в 1983 году были открыты W- и Z-бозоны. Затем главной целью ЦЕРНа стало создание с нуля электрон-позитронного коллайдера LEP. Однако когда LEP еще только строился и готовился к запуску, была создана группа по разработке Большого адронного коллайдера, который должен был прийти ему на смену. Руководителем этой группы в 1993 году и был назначен Лин Эванс.

За прошедшие 15 лет он делал для LHC буквально всё, начиная от теоретических расчетов магнитной системы и заканчивая чисто бюрократическими и финансовыми вопросами. Большой адронный коллайдер был поначалу простым эскизом, затем превратился в несколько увесистых томов технической документации, потом отдельные его компоненты начали разрабатываться и воплощаться в железе в десятках научных институтов мира, и наконец, после отработки технологии, началось серийное производство магнитов и других элементов ускорителя. Всё это год за годом прибывало в ЦЕРН и монтировалось в туннеле вместо завершившего свою работу LEP. Ускоритель был собран, протестирован, и утром 10 сентября 2008 года Лин Эванс перед сотнями телекамер отсчитывал секунды до запуска установки, работе над которой он посвятил 15 лет.

Полный текст статьи Newsmaker of the year: The machine maker находится в свободном доступе на сайте журнала Nature.

В Лаборатории Дарсбери в английском графстве Чешир был успешно проведен первый запуск ускорителя нового типа — линейного ускорителя с переработкой энергии (Energy recovery linac). Установка была создана в рамках проекта ALICE (Accelerators and Lasers In Combined Experiments) при поддержке Британского научно-технического совета.

В пятницу, 12 декабря, состоялось последнее в уходящем году заседание Совета ЦЕРНа (CERN Council). Главными событиями на нём стали прощальная речь генерального директора ЦЕРНа Робера Эмара (Robert Aymar) и речь Рольфа-Дитера Хойера (Rolf-Dieter Heuer), который сменит Робера Аймара на этом посту 1 января 2009 года. Робер Аймар сказал, что для него было привилегией возглавлять ЦЕРН в те годы, когда завершилась сборка Большого адронного коллайдера и успешно прошел его запуск. Несмотря на все проблемы в 2008 году, он считает, что сейчас перед LHC открыта прямая и свободная дорога к громким открытиям. Рольф-Дитер Хойер в своем выступлении подтвердил, что главным приоритетом в 2009 году остается запуск и начало полноценной работы на LHC.

Если хиггсовский бозон существует в природе и его свойства не слишком экзотичны, то он будет в изобилии рождаться в столкновении протонов на Большом адронном коллайдере. Однако картина его распада, а значит, и стратегии поиска бозона Хиггса, будут сильно зависеть от его массы (см. подробности на страничке Поиск хиггсовского бозона на LHC). Труднее всего хиггсовский бозон будет открыть, если его масса лежит в области от 115 до 130 ГэВ. В недавней статье h → μ⁺ μ^–  via tth Production at the LHC (9 декабря 2008) говорится о том, что такой хиггсовский бозон можно будет искать еще одним способом — через распад на мюонную пару. Вообще говоря, это очень редкий канал распада, его вероятность не превышает сотых долей процента. Однако если детектирование мюонов действительно будет производиться с высокой точностью, то в соответствующих условиях можно будет заметить и сигнал от этого распада. Кроме непосредственно открытия хиггсовского бозона, такой канал распада поможет измерить силу его связи с мюонами, а это будет очень полезно для выяснения свойств той фундаментальной теории, в рамках которой он возник.

В последние дни в архиве электронных препринтов появилось сразу несколько статей, посвященных тому, как следует изучать на Большом адронном коллайдере различные «экзотические» теории.

Вообще говоря, теоретики не сомневаются, что Стандартная модель элементарных частиц не может быть окончательной теорией микромира, а должна оказаться лишь упрощением некой более фундаментальной теории. Что это за более глубокая теория — пока неизвестно, и в выяснении этого и состоит главная задача LHC. Однако теоретики уже разработали множество самых разных ее вариантов, и в каждом из них существуют новые частицы или взаимодействия, иногда достаточно необычные. Поэтому сейчас одна из задач физиков-теоретиков — выработать конкретные критерии, по которым разные теории можно будет отличить друг от друга на основании данных LHC.

Краткий обзор различных подходов к построению более фундаментальной теории был дан в недавней лекции Прана Натха (Pran Nath) High Scale Physics Connection to LHC Data (4 декабря). В статье Dileptons and four leptons at Z' resonance in the early stage of the LHC (10 декабря) описывается поиск тяжелой частицы — переносчика некоего нового взаимодействия (Z') через четырехлептонный резонанс. Если его масса находится в районе 1 ТэВ, его можно будет заметить в первые месяцы работы коллайдера. Более подробно о таком сценарии устройства нашего мира см. в недавней лекции того же Прана Натха Predicted Signatures at the LHC from U(1) Extensions of the Standard Model (4 декабря). В лекции Technicolor Signals at the LHC (10 декабря) дан обзор различных моделей «техницвета» и кратко описаны его возможные проявления на LHC. Одна из моделей техницвета подробно разбирается также в статье Dynamical Electroweak Symmetry Breaking at the LHC on Supercomputers and in the Sky (Asymmetric Dark Matter) (9 декабря).

Среди наиболее активно обсуждающихся кандидатов на фундаментальную теорию центральную роль сейчас занимают суперсимметричные модели (см. новость Физики-теоретики сбиваются в стаи). Таких моделей очень много, и отличаются они способом нарушения суперсимметрии. В недавней большой статье с говорящим названием «Суперсимметрия без предубеждений» (Supersymmetry Without Prejudice, 4 декабря) сообщается о начале работы над минимальной суперсимметричной теорией с самым произвольным набором источников нарушения суперсимметрии. Оказалось, что проявления суперсимметричных теорий на LHC могут быть более разнообразными, чем считалось до сих пор (см. также статью SUSY Without Prejudice at Linear Colliders, в которой изучаются последствия этой теории для будущего линейного электрон-позитронного коллайдера).

С 8 по 13 декабря в Триесте проходит конференция Signaling the Arrival of the LHC Era. На конференции будут представлены обзорные доклады о текущей ситуации на Большом адронном коллайдере и детекторах. Кроме того, будут прочитаны вводные лекции про те физические явления, которые планируется изучать на LHC: сильные взаимодействия, физика топ-кварка, поиск хиггсовского бозона, поиск эффектов вне Стандартной модели и т. п. Предположительно, файлы с презентациями будут вскоре появляться онлайн. Предусмотрена также сессия для коротких докладов молодых исследователей.

На прошедшей неделе Мэттью Стрэсслер прочитал в Фермилабе две лекции о разрабатываемом им с коллегами новом направлении исследований в физике элементарных частиц — гипотезе «скрытой долины». Обе лекции были посвящены описанию разнообразия возникающих при этом сценарии явлений с точки зрения экспериментов на адронных коллайдерах.

После полутора лет работы группы, занимающейся обработкой данных, полностью исследованы статистические вопросы, связанные с поиском хиггсовского бозона, и сейчас группа приступает к аналогичному анализу для поиска суперсимметричных частиц — одного из важных пунктов научной программы LHC.

В пятницу, 5 декабря пресс-службой ЦЕРНа был распространен пресс-релиз, в котором подтверждается, что новый запуск Большого адронного коллайдера намечен на 2009 год. Таким образом, специалисты отказались от варианта установки клапанов на все криостаты, при котором работа на LHC задержалась бы до 2010 года.

В специальном техническом отчете (PDF, 119 Кб), также опубликованном 5 декабря, были представлены окончательные результаты расследования аварии 19 сентября и официальные планы проведения ремонтных работ. Ожидается, что к середине февраля 2009 года будут закончены ремонтные работы непосредственно в туннеле, к концу марта 2009 года будут доустановлены починенные или новые магниты, а к середине мая будет восстановлена вся инфраструктура коллайдера. Затем последует охлаждение коллайдера до рабочей температуры, так что к концу июня 2009 года ускоритель уже будет готов к новым электрическим тестам магнитов.

На проходящей в эти дни в ЦЕРНе технической неделе детектора ATLAS были представлены обзорные доклады, описывающие текущую ситуацию на детекторе и планы на будущее. Сейчас детектор медленно разделяют на крупные части. Это тонкая техническая задача (представьте себе, что вам потребовалось аккуратно раздвинуть пятиэтажное здание посередине, не повредив при этом никакие коммуникации!); анимацию этого процесса можно увидеть в докладе Opening the detector (PPT, 2 Мб). За прошедшие два месяца детектор зарегистрировал примерно 300 миллионов событий, вызванных космическими лучами, и их анализ в ближайшие месяцы позволит еще лучше отладить различные компоненты детектора.

В докладах Shutdown 2008/2009 plans (PDF, 3,5 Мб) и ATLAS Run Plan 2009 (PDF, 370 Кб) было представлено новое расписание работ, которые планируется провести в ближайшие полгода. Это прежде всего замена плохо работающих элементов детектора (начиная от компрессоров в системе охлаждения и заканчивая частью электроники) и оптимизация всего детектора. Ожидается очень плотное расписание весной 2009 года, но в целом детектор будет снова готов к работе в мае 2009 года. После этого намечен ряд тестовых экспериментов, но когда начнется настоящая программа физических исследований на детекторе, сейчас неизвестно — это зависит от того, удастся ли завершить ремонтные работы на LHC в срок.

Наконец, в докладе ATLAS Upgrade Status (PDF, 3,8 Мб) представлены планы по модернизации детектора в далекой перспективе, на середину-конец 2010-х годов. Несмотря на столь отдаленный срок и неопределенности с текущей ситуацией, уже давно ведутся разработки нового поколения компонентов детектора. Ожидается, что через 5-10 лет некоторые части детектора исчерпают свой срок службы, особенно внутренний детектор (из-за высокого радиационного воздействия), и их придется заменить. Кроме того, детектор потребуется оптимизировать под возросшую светимость коллайдера.

1 декабря, в ходе рабочей встречи коллаборации ATLAS, Роберто Сабан (Roberto Saban) сделал доклад о текущей ситуации на LHC (Status of the LHC and plans for 2009, PDF, 4,2 Мб). В докладе еще раз приведена подробная информация об аварии 19 сентября, описаны принимаемые сейчас меры по предотвращению подобных инцидентов в будущем и рассказано о текущей ситуации на LHC. Докладчик сообщил, что примерно треть всех поврежденных элементов ускорителя уже подняты на поверхность и что уже началась установка запасных магнитов на их место в ускорительном кольце.

Кроме этого, был представлен подробный список работ и проверок, которые предстоит выполнить на LHC (не только в поврежденном секторе, но и во многих других системах ускорителя) зимой. Была также подтверждена появившаяся ранее информация, что ремонтные работы сектора 3-4 будут завершены самое раннее в конце марта 2009 года, а сам ускоритель будет полностью охлажден и готов к приему пучков не ранее июля 2009 года.

В пятницу, 28 ноября в ЦЕРНе состоялась очередное пленарное заседание Европейской комиссии по будущим ускорителям (European Committee for Future Accelerators). Доклады доступны на странице научной программы встречи. Такие встречи проходят дважды в год, и целью их является координация европейских усилий по разработке ускорителей нового поколения. Напомним, что ускорители, подобные LHC, строятся долгие годы, а их созданию предшествует еще как минимум десятилетие разносторонних исследований новых технологий ускорения и детектирования частиц. Поэтому физики уже не только давно задумались о том, что придет на смену LHC в 20-30-е годы, но и приступили к разработке новых проектов. Среди них — второй виток модернизации LHC (первый уже и так запланирован на середину 2010-х годов), линейные электрон-позитронные ускорители ILC и CLIC, низкоэнергетический ускоритель с рекордной светимостью SuperB project, новые эксперименты в физике нейтрино и другие проекты.

CMS, один из двух крупнейших детекторов на Большом адронном коллайдере, завершил запланированный цикл работ на этот год и готовится к зимовке. Напомним, что главной особенностью этого детектора является сильное магнитное поле. Несмотря на то что сам детектор был собран в единое целое еще в сентябре, магнитное поле было доведено до максимума (4 Тесла) лишь в конце октября. В течение октября-ноября CMS работал в режиме детектирования космических мюонов. Данный этап прошел успешно, за это время было зарегистрировано несколько сот миллионов событий; общий объем накопленных данных составляет 400 терабайт. Целью этого этапа была проверка работоспособности всех компонентов детектора при сильном магнитном поле и отладка установки. Подробности см. на странице CMS Times, 17 November 2008.

Один из важнейших пунктов научной программы LHC — поиск и изучение хиггсовского бозона. Задача эта непростая. Ожидается, что хиггсовский бозон будет влиять на самые разные процессы в столкновениях протонов, но это влияние будет непросто заметить. Поэтому для надежного изучения свойств бозона Хиггса потребуется совместно анализировать множество самых разных реакций. При этом важность той или иной реакции зависит от того, сколько хиггсовских бозонов вообще существует в природе и каковы их свойства. Иными словами, оптимальная стратегия поиска этой частицы (или этих частиц) не универсальна и зависит от конкретной теоретической модели. Выработка этой стратегии для Большого адронного коллайдера — активное направление исследований в последние годы.

26 ноября в архиве электронных препринтов появилась статья arXiv:0811.4169, в которой описан новый программный продукт (HiggsBounds), призванный помочь в решении этой задачи. Программа сначала запрашивает у пользователя, какую теоретическую модель он хочет изучить, а затем для этой модели автоматически вычисляет сечения самых разных процессов и сравнивает результаты с уже имеющимися экспериментальными данными с ускорителей LEP и Тэватрон. На выходе эта программа выдает ограничения, накладываемые данными на свойства модели, а также дает рекомендации относительно того, на какие именно реакции на LHC следует обращать внимание в первую очередь.

Это только первая версия программы. В ней реализованы лишь некоторые из обсуждающихся сейчас теоретических моделей, а при автоматическом расчете процессов используются некоторые приближения (например, не учитывается эффект, описанный в новости Анализ данных коллайдера LHC может оказаться более сложным, чем ожидалось).

В ЦЕРНе сейчас вовсю идет подготовка к ремонту сектора 3-4 Большого адронного коллайдера, пострадавшего во время серьезной аварии 19 сентября. Недавно была озвучена и примерная стоимость ремонта — около 10 млн евро. Однако исследователей сейчас больше беспокоит не стоимость, а сроки окончания ремонтных работ.

Большой адронный коллайдер — беспрецедентно сложная установка, и сейчас, в период отладки, на нём раз за разом обнаруживаются технические проблемы, причем не только на самом ускорителе, но и в детекторах. На странице новостей детектора ATLAS (ATLAS e-News), в заметке Ice on the Inner Detector, рассказывается об одной такой проблеме, касающейся системы охлаждения внутренней части детектора.

Вообще, эта система охлаждения уже давно стала головной болью участников эксперимента ATLAS. Например, в октябре, после того, как был открыт доступ в детекторный зал, было обнаружено, что часть системы покрыта толстым слоем льда. К счастью, эта неприятность быстро уладилась — ее причиной стал плохо закрытый кран. Однако затем появились проблемы посерьезнее. Еще с августа отмечалось, что система охлаждения дает небольшую течь сразу в нескольких местах. Это всё выглядело мелкой неполадкой, пока вышедший две недели назад отчет не вскрыл реальное положение дел. Выяснилось, что причиной являются многочисленные трещины, которые стали образовываться в материале компрессоров. Компрессоры предназначены для сжатия хладагента, возвращающегося по трубам от детектора, и поэтому из-за перепада давления они испытывают постоянные вибрации. Эти вибрации оказались заметно сильнее, чем предполагалось при конструировании системы охлаждения. То есть компрессоры банально изнашиваются, причем с большой скоростью.

Техники займутся этой проблемой в декабре. По всей видимости, придется полностью менять компрессоры на новые, которые будут изготовлены с учетом реальных вибраций. Поскольку речь идет о бракованном изделии, затраты полностью лягут на изготовителя.

29 октября, в ходе восьмого заседания Комиссии по работе LHC (LHC Performance Committee) Роберто Сабан (Roberto Saban) озвучил подробности, касающиеся сектора 3-4 ускорительного кольца LHC, который пострадал во время сентябрьской аварии. Подробности см. в презентации (PDF, 1,1 Мб).

Докладчик, во-первых, показал схему поврежденного участка ускорительного кольца, на которой было отмечено, насколько сместились те или иные магниты во время аварии. Измерения показали, что в нескольких десятках магнитов внутренности сдвинулись относительно криостата (охлаждающей и поддерживающей оболочки) более чем на 5 мм, а в отдельных случаях сами криостаты были сорваны со своих креплений к полу и сдвинулись на десятки сантиметров. На схеме было также отмечено, в каких местах имеется разрыв электрических цепей и прочие повреждения.

Новый анализ показал, что поднимать на поверхность для ремонта потребуется в 2-3 раза больше магнитов, чем было заявлено первоначально (то есть, по-видимому, речь сейчас идет как минимум уже о полусотне магнитов и так называемых коротких прямых участков — SSS, Short Straight Sections). Квалифицированный персонал для такого массового ремонта уже найден. Первые магниты были готовы к транспортировке вдоль кольца до ближайшей шахты еще неделю назад, однако из-за того, что с обеих сторон от них проводились работы, транспортировка пока оказалась невозможной. Сейчас разрабатывается подробный план последовательности действий для того, чтобы к рождественским каникулам поднять на поверхность все магниты, требующие ремонта.

Докладчик также рассказал о результатах эндоскопического анализа вакуумных труб. Оказалось, что на внутренних стенках трубы осели частички металлов (прежде всего, меди и нержавеющей стали) и некоторых других материалов (например, стекловолокна), выброшенные в вакуумную трубу в момент аварии. Они достаточно крупные, размером в десятки микрон, и от них необходимо избавиться, поскольку они будут мешать движению протонных пучков. Первая пробная чистка уже началась на прошлой неделе.

Что касается методов минимизации последствий подобных аварий в будущем, то сейчас разрабатываются более надежные крепления к полу и новая сеть клапанов, предотвращающих слишком сильный рост давления внутри криостатов в случае аварийной ситуации. В сентябре именно из-за резко возросшего давления в конечном счете и произошло повреждение магнитов.

Еще во время августовских электрических тестов сектора 1-2 возникло подозрение, что один из электрических контактов между магнитами нагревается больше допустимого минимума. Такие «греющиеся» участки сверхпроводящих катушек очень опасны, так как в них может произойти потеря сверхпроводящего состояния, и тогда в этом месте начнет выделяться большая мощность. Напомним, что авария 19 сентября началась как раз по вине такого участка. Поэтому малейшее подозрение на неисправность требует пристального внимания.

Сейчас, имея за плечами опыт, полученный при изучении той аварии, физики решили снова протестировать сектор 1-2, но на этот раз предельно осторожно. Сила тока увеличивалась очень мелкими шагами, и каждое повышение сопровождалось тщательной диагностикой напряжения в цепи. Напомним, что сентябрьская авария началась с того, что на одном из участков появилась разность потенциалов в 300 милливольт, которая в доли секунды вызвала критический нагрев участка. Поэтому сейчас было решено улучшить систему диагностику напряжения так, чтобы замечать перепады в десяток микровольт, то есть диагностировать проблему заранее, не допуская аварийной ситуации.

Прототип такой диагностической системы был успешно реализован в октябре и опробован в испытаниях сектора 1-2. Пока никакого дефектного контакта не выявлено, но сила тока достигала лишь 1,25 кА. В дальнейшем планируется довести ее почти до 10 кА. При таком токе с новой диагностической системой можно будет «отловить» все контакты плохого качества (контакт считается хорошего качества, если его сопротивление не превышает 10 наноом). Подробности см. в стенограмме 8-го заседания Комиссии по работе LHC (PDF-файл, 200 Кб).

Пытаясь разрешить одну давнюю загадку в физике элементарных частиц, экспериментаторы из коллаборации CDF обнаружили явление, которому они не смогли найти объяснения. Статистическая значимость этого эффекта очень высока. Если подтвердится, что это не артефакт аппаратуры, то можно будет говорить о первом ярком эффекте за пределами Стандартной модели.

31 октября в архиве электронных препринтов появилась большая статья коллаборации CDF, работающей на протон-антипротонном ускорителе Тэватрон, с изложением результатов исследования инклюзивного рождения нескольких мюонов. Проведя специальный анализ, авторы отобрали несколько тысяч событий с совершенно неожиданными свойствами.

В понедельник 27 октября в ходе очередной встречи комитета LHC Program Coordination Майк Ламон (Mike Lamont), один из координаторов Большого адронного коллайдера, вкратце рассказал, как продвигаются дела с починкой сектора 3-4, который был поврежден во время сентябрьской аварии (файл презентации, PDF, 144 Кб). Он сообщил, что весь трехкилометровый сектор был прогрет как минимум до –10°C и уже начались работы по рассоединению электрических контактов, вакуумных и криогенных соединений между магнитами (каждый из них, напомним, — это тяжелая многометровая труба, напичканная тонкой техникой). Предполагается, что первые из поврежденных магнитов будут полностью отсоединены уже на этой неделе и затем будут подняты на поверхность. По оценкам, всего починки потребуют несколько десятков магнитов.

Более подробная информация будет озвучена завтра, на восьмом заседании Комиссии по работе LHC (LHC Performance Committee). Правда, стенограмма заседания появится в открытом доступе, скорее всего, только на следующей неделе.

Среди всех научных мероприятий, на которых обсуждается создание и запуск Большого адронного коллайдера, по своей важности выделяются конференции из серии Chamonix, названной в честь французского курорта Шамони (Chamonix), на котором эта серия конференций начиналась. Очередная такая встреча планировалась на февраль 2009 года, и на ней, по первоначальному замыслу, должны были обсуждаться дальнейшие планы в свете первых научных данных с LHC. Затем из-за аварии на коллайдере эта конференция исчезла из списка запланированных мероприятий, но недавно она появилась снова. На этот раз, правда, стало очевидно, что обсуждаться на ней будут не научные данные, а ремонт коллайдера, подготовка всех его систем к новому запуску и организационные вопросы. Подробный список тем был предложен на седьмом заседании Комиссии по работе LHC (LHC Performance Committee), см. стенограмму заседания (PDF, 161 Кб).

Среди оргвопросов, которые там будут обсуждаться, указывается возможность работы LHC зимой. Это предложение выдвигает будущий генеральный директор ЦЕРНа Рольф-Дитер Хойер (Rolf-Dieter Heuer), который вступит в должность 1 января 2009 года. До сих пор работа ускорителей в ЦЕРНе ежегодно прерывалась на зиму, примерно на три месяца для обслуживания и тщательной перепроверки работы всех систем ускорителей. Этот перерыв всегда делался зимой для экономии электричества. Однако сейчас стало ясно, что сложность LHC столь велика, что потребуются паузы как минимум в 4-5 месяцев для выполнения всех тестов. Поэтому если по-прежнему прерывать работу коллайдера на зиму каждый год, то остается слишком мало времени для самих экспериментов, а значит, это заметно уменьшает научную отдачу коллайдера как в расчете на время эксплуатации, так и в пересчете на вложенные деньги. Именно поэтому было выдвинуто предложение перейти на полуторагодичный цикл работы: 12 месяцев работы и 6 месяцев проверок и тестов. Будет ли оно принято, мы узнаем в феврале.

На Большом адронном коллайдере планируется изучать столкновения не только протонов, но и ядер свинца. В таких столкновениях будет изучаться ядерное вещество при высоких плотностях и температурах, однако надо помнить, что это задача далеко не самой первостепенной важности. Поскольку из-за сентябрьской аварии на LHC расписание работы коллайдера на 2009 год изменится по сравнению с изначальным, необходимо также пересмотреть планы, касающиеся ядерных столкновений.

Вообще, протоны и ядра свинца производятся и накапливаются в разных предварительных ускорителях. Однако затем они должны пройти одну и ту же через цепочку синхротронов, прежде чем попасть в ускорительное кольцо LHC. Поэтому протонные и ионные пучки не могут работать вместе. Переключение всей цепочки ускорителей из протонного режима в ионный займет не так много времени, 1-2 недели, однако затем, перед началом экспериментов с ионными пучками, сам Большой адронный коллайдер потребуется перенастраивать на ионы. В результате переход и запуск полноценного режима ионных столкновений может занять слишком много времени.

22 октября состоялось седьмое заседание Комиссии по работе LHC (LHC Performance Committee), главной темой которого как раз было обсуждение планов по работе с ионами (подробности см. в стенограмме заседания, PDF, 161 Кб). После докладов и дискуссий было решено отменить полноценный сеанс работы с ионами в 2009 году. Однако не исключено, что если ускоритель запустят вовремя и всё будет в порядке, то ближе к осени состоится короткий сеанс с ядерными столкновениями на низкой энергии (то есть без отладки системы ускорения ионов). Возможен также вариант, при котором LHC будет запущен в 2009 году с задержкой (например, осенью), но все системы для ионных пучков будут к этому моменту уже отлажены, так что на короткое время можно будет запустить в LHC и ионные пучки. Более конкретные планы будут обсуждаться на последующих заседаниях комиссии.

На странице новостей коллаборации ATLAS (ATLAS e-News) появилось подробное расписание работ, которые планируется провести на детекторе ATLAS в ближайшие полгода. Это расписание было представлено техническим координатором эксперимента Марцио Несси (Marzio Nessi) 6 октября на одной из регулярных встреч членов коллаборации (см. видеозапись и слайды доклада; осторожно: трафик!).

В этом расписании отдельно показаны работы, которые будут проводиться с различными компонентами детектора. Они включают как тестирование и проверки, так и работы по починке или замене дефектных элементов конструкции. Эти дефекты мелкие, но их обнаружилось уже немало. Например, в некоторых мюонных газовых камерах происходит утечка газа, некоторые детали электроники оказались нерабочими, некоторые оптоволокна оказались недостаточно радиационно-стойкими и т. д.

На все эти работы коллаборации ATLAS выделено время до конца марта 2009 года. Затем детектор вновь будет собран в единое целое, и примерно месяц будет проходить его глобальное тестирование. Всё рассчитывается таким образом, чтобы к маю 2009 года (когда, возможно, возобновятся эксперименты с пучками) детектор был полностью готов к работе.

Как сообщается на сайте CMS Times, детектор CMS — один из двух главных детекторов на LHC — успешно преодолел на прошлой неделе ключевой этап своей подготовки к работе: он достиг расчетного магнитного поля.

Главная конструкционная особенность CMS (который расшифровывается как «компактный мюонный соленоид») — это тяжелый (двенадцатитысячетонный) сверхпроводящий магнит, создающий магнитное поле с индукцией 4 тесла. Такое сильное поле позволяет хорошо закручивать следы даже самых высокоэнергетических частиц, а значит, позволяет точнее определять их характеристики. Большой адронный коллайдер уже наглядно продемонстрировал, что, когда речь идет о мощных сверхпроводящих магнитах, даже малейший дефект оборудования может привести к серьезной поломке. Поэтому сборка и тестирование сверхпроводящего магнита в детекторе CMS происходили с максимальными предосторожностями. В течение последних недель, после завершения сборки детектора, был выполнен ряд тестов, в ходе которых в соленоиде создавалось всё более и более сильное магнитное поле. Попутно устранялись возникающие проблемы. Например, на одном этапе пришлось подавлять краевые эффекты — говоря простыми словами, выяснилось, что магнитное поле слишком сильно выпирает из соленоида и может повредить другую аппаратуру.

10 октября состоялся ключевой тест, при котором магнитное поле успешно достигло рабочего значения — 3,8 тесла. Отпраздновав это событие, члены коллаборации CMS приступили 16 октября к следующей стадии отладки детектора, названной CRAFT (Cosmic Run At Four Tesla), то есть работе с космическими лучами (в основном мюонами) в магнитном поле примерно 4 тесла. К 19 октября темп регистрации космических лучей составил уже 17 миллионов событий в день. Предполагается, что в таком режиме детектор проработает до ноября, а затем будет остановлен. Набранная статистика будет использоваться для отладки и уточнения характеристик собранного детектора.

С 13 по 16 октября в Математическом институте им. Клэя (Clay Mathematics Institute) в Кембридже, США, прошла конференция «Струнные размышления об LHC» (Stringy Reflections on LHC). Целью конференции было нахождение точек соприкосновения между математической физикой и теорией суперструн, с одной стороны, и реальным миром элементарных частиц, с другой, а в особенности с той его частью, которую сможет изучить Большой адронный коллайдер. Доклады касались как общих свойств суперструнных теорий, так и конкретных предсказаний, которые можно будет проверить в эксперименте. Почти все презентации доступны на странице научной программы конференции.

В данный момент в ЦЕРНе проходит инаугурация Большого адронного коллайдера. Информацию о торжественной части мероприятия и о последующей программе можно найти на сайте LHC inauguration. Событие транслируется по сети Евровидения (Eurovision); трансляцию можно посмотреть также через сервис CERN live webcast (прямая трансляция закончится в 17:00 по центральноевропейскому времени (в 19:00 по московскому) после двадцатиминутного визуального концерта).

Это торжественное мероприятие, конечно, омрачено тем, что сам коллайдер сейчас не работает, а ожидает починки. Однако ключевой этап этой осенью всё же был пройден — после полутора десятилетий работ коллайдер вместе с шестью детекторами был собран и даже начал работу с пучками. А отладка оборудования и устранение всех технических неисправностей — неизбежный этап для таких сложных установок.

Поскольку из-за аварии на LHC все планы на 2008 год по работе с пучками пришлось отменить, физикам, работающим на четырех основных детекторах Большого адронного коллайдера (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb), пришлось менять план работ на ближайшие месяцы. Несмотря на то что все детекторы уже были собраны и в целом готовы к приему и анализу результатов столкновений протонов, они всё еще находятся в очень «сыром» состоянии. В некоторых компонентах детекторов имеются небольшие поломки или недоделки, которые необходимо найти и ликвидировать. Кроме того, детекторы потребуется еще долгое время юстировать, то есть выравнивать их компоненты, увеличивать эффективность регистрации и распознавания частиц и многое другое.

Для устранения неполадок детектор (который представляет из себя многослойную установку) надо вскрыть, чтобы получить доступ внутрь. Для юстировки, наоборот, надо пока подождать, позволив детектору поработать некоторое время для того, чтобы зарегистрировать как можно больше космических лучей (именно их сейчас регистрируют детекторы) и по ним отъюстировать детектор. Поэтому план действий на ближайшее время не очевиден, и решение принимается после взвешивания всех за и против.

2 октября на заседании специальной комиссии детектора ATLAS было принято решение вскрыть детектор пораньше. В заметке ATLAS new plans с сайта ATLAS e-News сообщается, что открывать детектор начнут 21 октября, сразу после инаугурации Большого адронного коллайдера. При этом начнутся работы с самыми крупными, внешними слоями детектора, а внутренний детектор будет работать, набирая данные по космическим лучам, вплоть до декабря.

Детектор же CMS будет пока работать с космическими лучами. Главная задача на ближайшее время — протестировать работу детектора в присутствии мощного магнитного поля, которое является главной отличительной чертой этого детектора.

В блоге Tommaso Dorigo, физика-экспериментатора, работающего в эксперименте CDF на протон-антипротонном коллайдере Тэватрон, на днях появился большой и достаточно популярный рассказ про трудности детектирования W- и Z-бозонов (переносчиков слабых взаимодействий) в адронных каналах распада. Автор сначала подробно рассказывает, что такое эти W- и Z-бозоны, сколько они весят, как долго живут и на что распадаются. Затем обсуждается то, как эти распады видны в детекторе, зачем надо выделять чисто адронные распады и какие сложности при этом возникают. Этот материал может быть полезен тем, кто хочет узнать подробнее про методы детектирования нестабильных частиц, но не готов продираться через насыщенные технической информацией научные статьи. Поводом для этого рассказа послужили недавние публикации коллаборации CDF по измерению сечения рождения WW- и WZ-пар на Тэватроне.

В четверг, 16 октября, пресс-служба ЦЕРНа распространила пресс-релиз, в котором описываются промежуточные результаты расследования происшествия, месяц назад выведшего из строя Большой адронный коллайдер.

Полученное в эксприменте CDF энергетическое распределение рожденных электрон-позитронных пар заметно отличается от теоретических расчетов на основе Стандартной модели в области 200-250 ГэВ. Такое отличие можно было бы ожидать от нового типа частиц. Правда, это может быть всего лишь статистический выброс.

Изучение результатов протонных столкновений на Большом адронном коллайдере будет очень сложной задачей. В типичном столкновении двух протонов с энергией 7 ТэВ будут рождаться десятки и сотни адронов с самыми разными свойствами. Для того чтобы извлечь полезную информацию из этого процесса, в мешанине адронов придется распознавать адронные струи.

Надежность этого распознавания струй чрезвычайно важна для любого анализа протон-протонных столкновений (например, измерения параметров уже открытых частиц или поиска новых частиц).

На сегодняшний день разработано много алгоритмов распознавания адронных струй. Обычно при обработке данных эксперимента (например, на ускорителе Тэватрон) физики выбирают какой-то определенный алгоритм и все типы анализа проводят с ним. Однако похоже, что на LHC от этой практики придется отказаться. В недавней статье M. Cacciari et al «Quantifying the performance of jet definitions for kinematic reconstruction at the LHC» (препринт arXiv:0810.1304) доказано, что для поиска разных типов новых частиц надо пользоваться разными алгоритмами. Некоторые из них хорошо работают для поиска очень тяжелых частиц (с массой больше 1 ТэВ), другие оптимизированы для изучения рождения и распадов более легких частиц (с массой 100 ГэВ). Такой гибкий подход может в полтора раза увеличить научную эффективность экспериментов на LHC (то есть открытие, которое при гибком подходе можно сделать за один год работы коллайдера, при обычном анализе потребовало бы полтора года работы).

7 октября в архиве электронных препринтов появилось сразу несколько статей, представляющих новую теорию для частиц темной материи. В этой теории, названной авторами XDM (eXciting Dark Matter), получают объяснения разнообразные астрофизические наблюдения, которые ранее казалось загадочными (например, слишком высокий темп аннигиляции частиц темной материи, который следует из недавних данных спутника PAMELA). Авторы идеи показывают, что необходимый тип взаимодействия между частицами возникает в некоторых разновидностях суперсимметричных теорий и дают четкие предсказания для LHC.

• N. Arkani-Hamed et al. «A Theory of Dark Matter» // arXiv:0810.0713.

• N. Arkani-Hamed, N. Weiner. «LHC Signals for a SuperUnified Theory of Dark Matter» // arXiv:0810.0714.

• D. P. Finkbeiner, T. Slatyer, N. Weiner. «Nuclear scattering of dark matter coupled to a new light scalar» // arXiv:0810.0722.

В пятницу, 3 октября, генеральный директор ЦЕРНа Робер Эмар (Robert Aymar) сделал доклад, посвященный текущей ситуации в ЦЕРНе, планах на 2009 год и на более отдаленное будущее. Видео и слайды презентации доступны на странице Message from DG, 03 October 2008. Рассказывая об аварии 19 сентября, он сообщил, что сейчас полным ходом идет прогрев сектора до комнатной температуры (кстати, треть сектора уже прогрелась до температуры +10°C), затем поврежденные магниты отсоединят, вскроют и изучат. Он пообещал, что подробный технический отчет по результатам этого вскрытия будет распространен до инаугурационной церемонии, запланированной на 21 октября. Он также сообщил, что подготовительные работы, необходимые для нового запуска LHC, начнутся не в следующем году, а прямо сейчас, 6 октября. Благодаря этому пучки в LHC планируют запустить не в июне (как намечалось изначально), а в апреле 2009 года.

В своем докладе Робер Эмар коснулся также статуса других научных исследований, не связанных с LHC, и будущих проектов ЦЕРНа, рассказал о практических применениях разработанных в ЦЕРНе технологий, об образовательной деятельности ЦЕРНа, об инициативе ЦЕРНа по публикации результатов в открытом доступе (Open Access Project SCOAP3), об административных изменениях в ЦЕРНе. Кстати, по окончании 2008 года Робер Эмар покинет свой пост, и место генерального директора ЦЕРНа займет Рольф-Дитер Хойер (Rolf-Dieter Heuer).

С 29 сентября по 4 октября в хорватском городе Сплит проходит конференция "Physics at the LHC" («Физика на LHC»). Это уже четвертая конференция из этой серии. Но если на предыдущих трех обсуждались лишь планы на будущее, то в этот раз докладываются уже первые результаты работы на LHC — правда, пока только технические.

3 октября в ЦЕРНе пройдет торжественное мероприятие LHC Grid Fest, посвященное запуску Grid — вычислительной и информационной сети нового поколения, которая призвана справиться с огромным потоком данных с LHC. В программе мероприятия будут лекции как для широкой публики, так и для прессы, специализирующейся на информационных технологиях. Мероприятие будет транслироваться онлайн через сервис webcast.cern.ch.

Кроме этого, в появившемся 2 октября пресс-релизе ЦЕРНа подтверждается, что 21 октября 2008 года пройдет официальная инаугурация LHC. Подробности церемонии см. на сайте LHC Inauguration.

На прошедшей на днях 95-й встрече Комиссии по экспериментам на LHC руководитель проекта Лин Эванс сделал доклад, посвященный первым дням работы ускорителя. Из опубликованной на сайте ЦЕРНа видеозаписи этого доклада можно узнать краткое описание аварии и ответы Лина Эванса на заданные после доклада вопросы.

В среду, 24 сентября, состоялась очередная, уже 95-я встреча Комиссии по экспериментам на LHC (LHC Experiments Committee, LHCC). Она состояла из двух заседаний — открытого и закрытого. На открытом утреннем заседании были представлены доклады, посвященные первым дням работы как самого ускорителя LHC, так и всех шести детекторов. В них рассказано (иногда достаточно подробно и с большим количеством фотографий) о ходе сборки и подготовки к работе детекторов, а также о тех первых полученных на них данных. Слайды всех докладов доступны онлайн.

Во второй половине дня состоялось закрытое заседание комиссии. Его результаты обнародованы не были.

На странице Комиссии по работе LHC (LHC Performance Committee) опубликована стенограмма заседания (PDF, 180 Кб), состоявшегося 18 сентября. Это заседание было первым после запуска LHC, и на нем были представлены подробные доклады о том, что удалось сделать в первые дни работы и как вели себя при этом разные компоненты ускорителя. Представленный тогда план работы на ближайшее будущее будет, разумеется, изменен из-за случившейся сутки спустя аварии на LHC, однако «разбор полетов» по-прежнему остается актуальным.

В целом все системы работали после запуска хорошо, некоторые даже лучше ожидаемого. Однако были и некоторые технические проблемы. Например, оказалось, что еще во время тестов системы впрыскивания протонов в одном из быстрых магнитов («кикеров») пробила искра. Она заметно сдвинула пучок и ухудшила вакуум (который, впрочем, был быстро восстановлен до прежнего уровня). Предстоит разобраться, насколько частыми могут быть такие события и как их предотвращать. Другая проблема, требующая изучения, состоит в том, что магниты оказались более чувствительными к попаданию пучка, чем проектировалось изначально (переход из сверхпроводящего в нормальное состояние случался при более низком энерговыделении, чем ожидалось).

Отдельным пунктом обсуждалась ситуация с трансформаторами. Напомним, что из-за сломавшегося 12 сентября трансформатора эксперименты с пучком задержались почти на неделю. Усугублял ситуацию тот факт, что запасного трансформатора такого типа не было. Правда, по счастливой случайности этот же тип трансформаторов использовался и в эксперименте CMS, и у них нашелся запасной. Если бы не он, то задержка могла быть намного более длительной (либо несколько месяцев на изготовление такого трансформатора, либо перестройка системы электропитания криогеники в секторе 8). В специальном докладе (PDF, 51 Кб) было сказано, что на LHC используются сотни трансформаторов для перехода между несколькими номиналами напряжения (вплоть до 400 кВ). Некоторые работают уже не первый (и не второй) десяток лет (имеются даже трансформаторы, изготовленные еще в СССР), и не у всех из них есть запасные. Всё это привело комиссию к выводу, что «трансформаторная политика» LHC должна быть, как минимум, перепроверена.

Пока LHC не вступил в строй, коллайдером — рекордсменом по энергии протонов остается американский протон-антипротонный ускоритель Тэватрон. Он сейчас работает на максимуме производительности и набирает всё больше и больше данных. Параллельно с набором данных идет их всесторонний анализ, и в частности, среди событий ищутся хоть какие-нибудь следы хиггсовского бозона или других явлений, выходящих за рамки Стандартной модели. О более ранних результатах этих поисков см. в заметках Тэватрон скоро начнет «чувствовать» хиггсовский бозон и Изучение совместного рождения пары топ-кварк–антикварк и фотона отклонений от Стандартной модели не выявило.

На днях в электронном архиве препринтов появились еще две статьи коллаборации CDF, работающей на Тэватроне. В статье arXiv:0809.3930 представлены результаты поиска хиггсовского бозона, распадающегося на два W-бозона. Анализ основан на данных, полученных при интегральной светимости 3/fb. Следов хиггсовского бозона пока не найдено, но чувствительность Тэватрона растет — коэффициент недочувствительности только в одном этом канале составляет всего лишь 1,7. По-видимому, в ближайшее время можно ожидать результаты поиска хиггсовского бозона и в других каналах распада, после чего будет проведен новый глобальный анализ всей полученной информации.

В другой статье, arXiv:0809.3781, сообщается о результатах разнообразных проверок широкого класса данных на предмет возможного отклонения от Стандартной модели. В анализе использовалось 399 типов возможных наборов частиц, зарегистрированных в детекторе. При этом экспериментаторы старались не опираться на какие-либо конкретные теории за пределами Стандартной модели, а искали именно несостыковки в полученных данных. Были получены забавные результаты, однако для заявлений об обнаружении каких-то новых явлений их статистическая значимость недостаточна. Не исключено. что они возникли лишь из-за не до конца учтенных погрешностей эксперимента. См. подробное обсуждение использованной методики и ее результатов в блоге Tomaso Dorigo, одного из участников коллаборации CDF.

Во вторник, 23 сентября, был распространен пресс-релиз ЦЕРНа, касающийся недавней аварии на Большом адронном коллайдере и изменившихся в связи с этим происшествием планов работы. В пресс-релизе подтверждается, что причиной происшествия скорее всего стал бракованный электрический контакт между двумя магнитами, расплавившийся под действием сильного тока. Окончательный вердикт будет вынесен спустя 3-4 недели, после того как этот сектор ускорителя доведут до комнатной температуры (на странице криогенной системы сектора 3-4 видно, что температура постепенно повышается последние дни).

В пресс-релизе также подтверждается, что перерыв на зиму является обязательным, и поэтому работы с пучками на LHC возобновятся только весной 2009 года. Ожидается, что к тому времени будут окончательно протестированы все элементы ускорителя и детекторов, и протоны будут разгоняться сразу до номинальной энергии 7 ТэВ.

С 16 по 19 сентября в шведском городе Уппсала прошла конференция Charged-2008, посвященная изучению заряженных хиггсовских бозонов. Это «изучение» остается гипотетическим, поскольку никаких — ни нейтральных, ни заряженных — хиггсовских бозонов в эксперименте пока не найдено. Однако несколько экспериментальных групп, и прежде всего эксперименты, работающие на Большом адронном коллайдере, собираются их искать (и надеются найти!) среди продуктов столкновений. Специфическим методам поиска заряженных хиггсов и были посвящены экспериментальные доклады.

Было представлено также немало теоретических докладов. Интерес у теоретиков к этим частицам связан с тем, что в Стандартной модели таких частиц нет (там есть только один нейтральный хиггсовский бозон), а возникать они могут лишь в том случае, если в природе реализуется какой-нибудь неминимальный вариант хиггсовского механизма. Некоторые такие модели и обсуждались на конференции.

Все доклады находятся в свободном доступе на странице научной программы конференции.

Поломка на Большом адронном коллайдере, произошедшая в пятницу 19 сентября, оказалась серьезной. Как сказано в пресс-релизе ЦЕРНа, распространенном 20 сентября, предварительное расследование установило, что причиной инцидента по всей видимости стало бракованное соединение между двумя магнитами. В ходе тестов электропитания (при отсутствующем пучке) оно расплавилось под действием сильного тока и привело к механическому разрушению части криогенной системы. Это привело к выбросу жидкого гелия в туннель, резкому повышению температуры магнита, потере сверхпроводящего состояния и гашению тока.

Для починки криогенной системы потребуется повысить температуру этого участка ускорительного кольца и затем охладить его вновь. По оценкам ЦЕРНа, на это потребуется минимум два месяца. Это ставит под вопрос все запланированные на 2008 год работы с пучком, хотя, конечно, это время будет использоваться для отладки и настройки всех остальных элементов LHC, в особенности детекторов. Сами детекторы будут вынуждены использовать по максимуму те события, которые были зарегистрированы при циркуляции пучка по кольцу 10-12 сентября.

В пресс-релизе ЦЕРНа подчеркивается, что благодаря строгим мерам безопасности, принятым в ЦЕРНе, это происшествие не создало и не создаст никакой опасности ни для персонала, ни для всей установки в целом.

На днях в нескольких СМИ появилось сообщение о том, что научные данные, полученные на LHC, якобы будут засекречены (см., например, новость Данные Большого адронного коллайдера засекретят). Это совершенно неверное утверждение, полностью искажающее реальную ситуацию. Разумеется, никому и в голову не придет скрывать научные результаты LHC. Более того, как мы уже писали в недавней новости, все эксперименты LHC заявили, что будут публиковаться в журналах открытого доступа. Иными словами, читать статьи с результатами работы Большого адронного коллайдера сможет кто угодно и причем совершенно бесплатно.

Искажение в СМИ возникло из-за ошибочной трактовки журналистами слов сотрудника новосибирского Института ядерной физики, члена-корреспондента РАН Александра Бондаря. Объясняя процесс получения данных в экспериментальной физике элементарных частиц, он подчеркнул, что данные многократно перепроверяются внутри коллаборации, прежде чем они будут опубликованы и станут доступны посторонним людям. Это совершенно естественная, проверенная десятилетиями практика в экспериментальной ФЭЧ, и эксперименты на LHC не собираются тут изобретать ничего нового.

После череды небольших технических неисправностей, которые были преодолены довольно быстро, в пятницу случилось более серьезное происшествие — резкий скачок температуры одного из магнитов и выброс гелия в туннель LHC. Степень серьезности поломки и время, необходимое для ее устранения, пока неизвестны.

Издательская компания Elsevier, издающая множество научных журналов, в том числе и по физике элементарных частиц (Nuclear Physics B и Physics Letters B), недавно объявила, что она готова публиковать в открытом доступе научные результаты, полученные в экспериментах на Большом адронном коллайдере, взяв расходы на публикацию на себя. Свободный доступ означает, что статьи будут доступны онлайн бесплатно и без регистрации. В принципе, так поступают и некоторые другие журналы, но только расходы на публикацию (а это порядка $1000) в этом случае ложатся на авторов статьи. Elsevier же решила сделать публикации с результатами LHC бесплатными и для авторов, то есть для ЦЕРНа.

Этим шагом издательство стремится привлечь к себе будущие статьи с результатами работы LHC. Дело в том, что не так давно все эксперименты LHC четко дали понять, что они собираются публиковать свои научные результаты только в открытом доступе. Именно так опубликованы, например, недавние подробные технические обзоры по LHC и всем шести экспериментам.

В течение всего вторника и среды эксперименты на Большом адронном коллайдере по-прежнему не проводились из-за проблем в системах охлаждения ускорителя. Во время этой вынужденной паузы не только устранялись неисправности, но и проводилось дальнейшее тестирование аппаратуры, в частности тренировался огромный магнит детектора CMS. К утру четверга, 18 сентября, все сектора ускорительного кольца были охлаждены вновь до 1,9 К, неисправности были ликвидированы, и примерно в обеденное время в LHC вновь был запущен протонный пучок, правда ненадолго. Предполагается работу с пучком возобновить в 16:00 по местному времени (в 18:00 по московскому). Текущую информацию в реальном времени можно отслеживать на странице LHC beam setup (обновляется каждые несколько секунд).

На странице ежедневных отчетов группы по запуску LHC сообщается, что в воскресенье в середине дня трансформатор, питающий систему охлаждения ускорителя в точке 8 и вышедший из строя днем ранее, был наконец-то заменен. Однако в тот же день возникли проблемы с криогенной системой в других секторах ускорителя. В результате четыре сектора из восьми находятся сейчас при температуре выше, чем требуется для работы с пучком на LHC. В течение всего понедельника проходила отладка криогеники в этих секторах, а также устранялись мелкие технические проблемы в других элементах ускорительного кольца.

Новый запуск протонных пучков в ускоритель ожидается не ранее среды, 17 сентября.

Как сообщается в ежедневных отчетах ЦЕРНа, в ночь с пятницы на субботу в злополучной точке 8 снова возникли неполадки с системой охлаждения. Один из трансформаторов вышел из строя, и починить его оказалось невозможным. В ожидании его замены система вентиляции и охлаждения потеряла часть электропитания, что сделало невозможным поддержку температуры на нужном уровне. В результате в двух секторах из восьми температура поднялась до 4 К.

В течение всей субботы проходила замена трансформатора на запасной, и никакой работы с пучком не было. По состоянию на утро воскресенья, 14 сентября, работы с трансформатором продолжались. Ожидается, что они завершатся в воскресенье во второй половине дня, и тогда вечером или ночью возобновятся эксперименты с протонным пучком.

Подготовка к полноценной работе Большого адронного коллайдера идет успешно. В среду 10 сентября протонные пучки были запущены в LHC и даже совершили несколько оборотов перед тем, как сойти со своей траектории внутри ускорительного кольца. После корректировки магнитной системы, управляющей пучками, в тот же день, ближе к вечеру, уже удалось удерживать пучки в течение сотен оборотов (то есть несколько сотых долей секунды).

Корректировочные работы продолжались и весь следующий день. Как написано в отчете за 11 сентября, пучок был затем запущен вновь около 6 часов вечера по местному времени (20:00 по московскому). Примерно в 22:30 удалось запустить и непрерывно удерживать циркулирующий пучок в течение 10 минут. Чуть позже пучок был запущен вновь и циркулировал уже непрерывно, прерываясь лишь в случае необходимости. На этом задача по установлению циркулирующего пучка завершилась, и физики приступили к подробным тестам магнитной системы.

Запланированная на 10 сентября задача-минимум по запуску Большого адронного коллайдера выполнена. Объявление об этом появилось на официальном сайте ЦЕРНа (см. пресс-релиз), а технические подробности можно найти на странице LHC startup — day 1.

Несмотря на технические накладки (в 4 утра вновь вышел из строя один из элементов криогенной системы, и его починили лишь к 8 часам утра), запуск начался успешно. В 9:30 местного времени (11:30 московского) началось впрыскивание первых протонов. После проверок траектории убирались заслоны на их пути, и протоны проходили дальше.

Чтобы избежать возможных недоразумений, поясним, что это не значит, что протоны доходили до заслонки, останавливались и ждали пока ее откроют. Протонный пучок был не непрерывный, а состоял из многочисленных коротких и слабых «выстрелов». Протоны всегда двигались с околосветовой скоростью, но если на их пути стояла заслонка, то они просто ею поглощались. Когда заслонка поднималась, то следующие «выстрелы» проходили дальше.

В 10:26 протонный пучок впервые совершил полный круг и пошел на второй. После некоторой корректировки пучок делал уже несколько оборотов в ускорительном кольце.

Запуск второго, встречного, пучка начался в 13:30 по местному времени, и примерно в 15:00 он также прошел более одного оборота по кольцу. Таким образом, достигнуто то, что физики планировали как задача минимум на этот день.

Следующим этапом будет настройка магнитной системы управления протонами так, чтобы пучки могли циркулировать в течение длительного времени.

Начиная со среды, 10 сентября, начнется режим отладки коллайдера с работающим в нём пучком. Следить за текущей ситуацией уже сейчас можно на странице LHC commissioning daily reports, где будут появляться ежедневные отчеты о работе.

А пока что физики и техники, готовящие запуск Большого адронного коллайдера, по-прежнему вынуждены преодолевать разнообразные технические проблемы. Так, в течение 8–9 сентября продолжались перебои с питанием в криогенной системе в точке 8, которые помешали проверке второй линии системы инжекции в минувшие выходные (см. предыдущую новость). Ситуация нормализовалась только во вторник во второй половине дня. По этой же ссылке можно посмотреть список последних проверок, запланированных на ближайшую ночь.

Подробное расписание манипуляций с пучком на завтра, 10 сентября, можно найти на странице Fisrt attempt to circulate beams.

В минувшие выходные, с вечера пятницы 5 сентября по утро понедельника 8 сентября, прошла третья серия тестов системы инжекции (впрыскивания) протонов из предварительного ускорителя в основное кольцо LHC. Предполагалось протестировать обе линии передачи пучка, запускающие протоны в ускорительное кольцо как по часовой, так и против часовой стрелки (подробности см. в нашей новости). В этих тестах проверялись те корректировки, которые были внесены после анализа результатов двух предыдущих тестов. Кроме того, в этот раз предполагалось запустить пучок дальше, в те сектора, которые ранее не тестировались.

Как отмечено на странице LHC Injection test 3 — progress, в пятницу и субботу запуску пучка мешали разнообразные технические проблемы: нерабочие сенсоры на двери в экспериментальный зал в точке 5, застрявшая заслонка, блокировавшая пучок, отсутствие напряжения в одной из криогенных систем и т. п. Из-за этих накладок в полной мере была проверена только инжекция пучка по часовой стрелки; впрочем, прошел этот пучок далеко, почти до точки 5, то есть почти половину окружности. В тестах пучка против часовой стрелки всё ограничилось только впрыскиванием протонов в основной ускоритель.

Техникам, вероятно, потребуется серьезно поработать, чтобы гарантированно избежать подобных накладок в среду, в день первого запуска пучка по всему периметру ускорителя.

В выпуске журнале Science от 5 сентября, в разделе News Focus, появилось несколько небольших популярных статей, посвященных LHC. В них кратко рассказывается о самом ускорителе, о том, что и когда на нём ожидают открыть, а также в очередной раз подчеркивается безопасность экспериментов на LHC. Отдельная статья посвящена GRID — системе распределенной обработки научной информации, которую будет выдавать LHC в ходе работы.

На сайте ЦЕРНа, на странице LHC First beam, появилось подробное расписание девятичасового прямого эфира из ЦЕРНа на 10 сентября (PDF-файл, 49 Кб). Вещание будет вестись через сервис webcast.cern.ch, а также по сети Евровидения (Eurovision network) передаваться на другие телеканалы.

Напомним, что запуск LHC состоится не одномоментно, а может растянуться на часы. Поэтому, как и при всякой прямой трансляции событий, разворачивающихся в реальном времени, эта программа может меняться по ходу дела, однако общая структура вещания будет следующей. Эфир начнется в 9:00 центральноевропейского времени (11:00 московского времени) кратким рассказом об LHC, затем будет живая картинка из пультовой ускорителя. Ожидается, что примерно каждый час будут проводиться брифинги для прессы с 10-минутными сессиями вопросов и ответов, на которых будет описываться текущая ситуация. Предусмотрены также визиты в пультовые всех основных экспериментов, телемост с Национальной ускорительной лабораторией им. Ферми в Чикаго, где в это время (глубокой ночью!) тоже назначены мероприятия, а также видеоролики, рассказывающие о вкладе различных организаций в создание LHC.

Типичный рабочий год на LHC будет выглядеть примерно так: с ноября по март — перерыв на зиму, апрель — подготовка к работе, с мая по октябрь — непосредственно работа. Однако из-за сложности аппаратуры уже давно было предложено делать в процессе работы регулярные паузы для проверки криогеники, системы защиты магнитов, радиационной безопасности и т. д.

В 2004 году, во время предварительного планирования работы LHC, была составлена такая схема: каждые 4 недели 3 дня тратится на тесты оборудования, 5 дней — на переключение между рабочим и нерабочим состояниями, так что на изучение физики остается лишь 20 дней. Сейчас, на состоявшемся 20 августа этого года втором заседании Комиссии по работе LHC (LHC Performance Committee) этот вопрос был поднят вновь. Обсуждалось, действительно ли необходимы эти регулярные перерывы, можно ли уменьшить их число или длительность. Члены комиссии пришли к выводу, что перерывы нужны и укоротить их вряд ли удастся. Более конкретное расписание перерывов будет выработано после совещания с ответственными за работу детекторов.

То, что эксперименты на LHC ничем не угрожают Земле, подчеркивалось многократно. В частности, недавно был опубликован большой обзор, в котором на основании твердо установленных астрофизических данных убедительно было показано, что ни в каких, даже самых экзотических, теориях не может родиться опасная черная дыра, способная причинить ощутимый вред Земле (см. подробности про микроскопические черные дыры на LHC).

Тем не менее три недели назад в архиве е-принтов появилась работа R. Plaga, On the potential catastrophic risk from metastable quantum-black holes produced at particle colliders (arXiv:0808.1415), в которой утверждалось, что не все возможности катастрофического сценария рождения и эволюции черной дыры были рассмотрены в том обзоре. Автор этой работы утверждает, что нашел вариант, при котором черная дыра сначала растет до значительных размеров, а потом резко включается ее излучение, которое может причинить вред.

На днях появился ответ на эту заметку от авторов обзора: S. B. Giddings, M. L. Mangano, Comments on claimed risk from metastable black holes (arXiv:0808.4087). В нём было показано, что придуманный вариант эволюции черной дыры самопротиворечив, так как он не учитывает того, что черная дыра в таких теориях обязательно эволюционирует в многомерном пространстве-времени (напомним, что в привычном четырехмерном пространстве-времени черные дыры вообще не могут рождаться на LHC). Таким образом, никакого нового опасного режима эволюции микроскопических черных дыр нет. Авторы ответа планируют вскоре предъявить эти аргументы и в более развернутой публикаций.

До запуска LHC, который состоится 10 сентября, остаются считаные дни. Пока всё идет по плану, и постепенно вырисовывается окончательное подробное расписание событий как на оставшиеся дни, так и на само 10 сентября.

Не успели еще начаться эксперименты на LHC, как физики уже присматриваются к будущему ЦЕРНа после LHC, то есть, согласно текущему расписанию, после 2015-2019 годов. Один из самых изучаемых вариантов — построить на базе LHC электрон-протонный коллайдер, получивший предварительное название LHeC. Идея эта была высказана довольно давно, около 10 лет назад, и с тех пор постепенно созревала. Несколько лет назад был создан специальный комитет, изучавший технические возможности (веб-страница комитета), в 2006 году была опубликована большая обзорная статья, посвященная LHeC, и с тех пор на разных конференциях звучали доклады, посвященные этому проекту. И вот сейчас, с 1-го по 3 сентября, во Франции пройдет первая рабочая конференция, целиком посвященная этому проекту. Ожидается, что на ней будут озвучены конкретные сроки и планы по началу работ.

Польза от такого коллайдера заключается в том, что, в отличие от протон-протонных столкновений, рассеяние электрона на протоне — это очень «чистый» процесс, позволяющий изучать партонную структуру протона намного внимательнее и аккуратнее. Предыдущий электрон-протонный коллайдер HERA, проработавший около 15 лет в немецком ускорительном центре DESY, дал физикам очень ценную информацию об устройстве протона, буквально породив несколько новых областей в физике сильных взаимодействий. Ожидается, что научная отдача от LHeC с его рекордной энергией и светимостью будет не меньше.

Хиггсовский бозон будет рождаться на LHC разными способами, но доминирующим каналом будет его рождение в столкновении двух глюонов. Теоретические расчеты сечения этого процесса долгое время были очень неточными из-за неожиданно больших поправок от диаграмм высоких порядков. Сейчас в архиве е-принтов появилась статья Origin of large perturbative corrections to Higgs production at hadron colliders (arXiv:0808.3008), в которой объясняется происхождение этих больших поправок и делается интересная попытка учесть большинство из них единым махом (это называется пересуммированием усиленных вкладов во всех порядках теории возмущений). Если этот метод действительно верен, то теоретические предсказания сечения этого процесса скоро станут намного точнее.

На днях в архиве е-принтов появилась статья LHC Startup (arXiv:0808.3131). Это текст доклада, прочитанного на конференции DIS2008, прошедшей в апреле этого года. Несмотря на свое название, этот доклад был посвящен не инструментальным, а научным аспектам начала работы LHC — в нём был дан краткий обзор того, что можно будет изучить на LHC буквально в первые дни работы.

Напомним, что интенсивность пучков на LHC будет повышаться очень постепенно, так что в 2008–2009 годах LHC будет работать на очень низкой светимости. В частности, ожидается, что за примерно месяц-полтора работы в 2008 году будет накоплена светимость порядка 10–20 pb⁻¹. При такой низкой светимости будет накоплено довольно мало статистики, и никаких больших открытий тут не ожидается. Однако благодаря высокой энергии уже можно будет измерить несколько вещей, которые до сих пор плохо предсказаны теорией. В докладе подробно расписано, что смогут узнать крупные детекторы CMS и ATLAS, а также эксперименты поменьше LHCb и ALICE, при интегральной светимости 1, 10 и 100 pb⁻¹.

В минувшие выходные была проведена вторая серия тестов системы инжекции протонов в ускорительное кольцо LHC в направлении против часовой стрелки (подробнее про цели см. в новости 23-24 августа состоится второй тест системы инжекции). Тесты прошли не так гладко, как две недели назад. В частности, в течение всей субботы наблюдались проблемы с криосистемой, задерживавшие тесты пучка, однако позже они были преодолены. Кроме того, в воскресенье, во второй половине дня, повторялись и некоторые тесты двухнедельной давности по передаче пучка в кольцо LHC по часовой стрелке. Предварительный отчет о тестах см. на странице Injection test 2 — progress.

Изучать новые тяжелые частицы на LHC будет отнюдь не просто. В типичном протонном столкновении рождается очень много частиц, и требуется провести сложный анализ полученных данных для того, чтобы понять, какие из этих частиц являются продуктами распада искомой частицы. Ситуация еще больше осложняется, если среди продуктов распада оказываются «невидимые» частицы, то есть частицы, не улавливаемые детектором (это могут быть как нейтрино, так и новые стабильные тяжелые частицы, предсказываемые многими моделями). В результате возникает довольно сложная, но очень актуальная для LHC задача: как по свойствам зарегистрированных частиц определить основные характеристики породившей их нестабильной частицы (заряд, спин, силу связи с известными частицами)?

Множество физиков сейчас изучает разнообразные подходы к этой задаче (см., например, новость Физики-теоретики сбиваются в стаи), но большинство из них разработаны для каких-то конкретных теоретических моделей. Авторы же появившейся на днях статьи «A General Method for Model-Independent Measurements of Particle Spins, Couplings and Mixing Angles in Cascade Decays with Missing Energy at Hadron Colliders» (препринт arXiv:0808.2472) пошли по другому пути. Они не стали ограничиваться какой-то конкретной теорией, а разработали общий метод анализа таких событий. Их главный результат — выделение из всей кучи данных тех переменных, на которые следует обращать внимание в первую очередь.

Свой общий подход авторы проиллюстрировали на примере последовательного распада тяжелой частицы на два лептона, кварковую струю и какую-то «невидимую» частицу, при этом конкретная последовательность распадов считалась заранее не известной. Возможно, данная статья положит начало новому поколению алгоритмов обработки данных на LHC.

В августовском выпуске журнала Journal of Instrumentation опубликованы 7 больших обзоров по устройству самого ускорителя LHC и шести экспериментов на нём:

• LHC Machine, 164 стр.

• The ALICE experiment at the CERN LHC, 259 стр.

• The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider, 437 стр.

• The CMS experiment at the CERN LHC, 361 стр.

• The LHCb Detector at the LHC, 217 стр.

• The LHCf detector at the CERN Large Hadron Collider, 39 стр.

• The TOTEM Experiment at the CERN Large Hadron Collider, 112 стр.

В этих обзорах представлена детальная техническая информация по устройству этих установок и обслуживающей их электронике. Все обзоры находятся в свободном доступе.

13 августа состоялось первое заседание созданной на днях комиссии LHC Performance Committee, которая будет следить за вводом в эксплуатацию и началом работы LHC. На странице комиссии появился отчет об этой встрече (см. ссылку «Minutes»).

Вначале были обрисованы цели и планы комиссии. Заседания будут проходить раз в неделю, темы на ближайшие заседания уже определены. Затем прозвучал краткий отчет о результатах тестов системы инжекции протонного пучка, которые прошли неделю назад. Затем обсуждались некоторые технические проблемы, как с «железом» ускорителя, так и с электроникой. Отдельным пунктом обсуждался вопрос о том, что ускорительной электронике придется работать в условиях сильной радиации (протоны за счет разных механизмов постепенно выбиваются из пучков, проходят через стенки вакуумной трубы и электронику и выделяют в ней часть своей энергии).

Следующая встреча состоится 20 августа; одна из тем встречи — какие манипуляции с аппаратурой потребуется провести непосредственно в ходе работы LHC.

Протонные пучки на LHC не размазаны равномерно вдоль всего ускорительного кольца, а собраны в компактные сгустки, следующие друг за другом на расстоянии несколько метров. В пике производительности в каждом пучке будет по 2808 сгустков. Работа с таким большим количеством сгустков сопряжена с разнообразными трудностями, и одна из них — паразитное (то есть нежелательное) взаимодействие сгустков из встречных пучков.

Вообще говоря, большую часть пути каждый из двух встречных пучков будет идти в своей заэкранированной вакуумной трубе и не будет мешать своему соседу. Однако вблизи точек столкновения оба пучка выходят в одну трубу и сближаются друг с другом. Именно в процессе этого сближения (до или после жесткого столкновения в центре детектора) сгустки из одного пучка будут оказывать нежелательное воздействие на другой пучок за счет электромагнитных сил. С этим явлением надо бороться, поскольку оно может привести к быстрому «разбрызгиванию» и потере пучков.

На протон-антипротонном коллайдере Тэватрон было недавно создано и опробовано новое устройство, позволяющее бороться с этим эффектом, — электронная линза. Идея состоит в том, чтобы на опасных участках «укутать» протонный пучок в идущий параллельно низкоэнергетический поток электронов. Электронный пучок с профилем в виде полого цилиндра заэкранирует поле протонного пучка и уменьшит паразитное взаимодействие. Устройство и принцип работы электронной линзы описан в появившемся недавно препринте «Tevatron electronic lenses: design and operation» (препринт arXiv:0808.1542). Уже предложено начать изучать возможность применения этой методики на LHC.

Подготовка к работе LHC требует решения огромного числа научно-технических задач. Для этого в ЦЕРНе создаются отдельные технические комиссии по той или иной теме, и уже каждая комиссия разбирает свои конкретные вопросы. Следить за прогрессом в подготовке LHC можно по презентациям той или иной комиссии.

Отдельных комиссий в ЦЕРНе много, несколько десятков, см., например, список ускорительных комиссий. На днях был создана новая комиссия LHC Performance Committee, которая будет, по-видимому, самой важной в ближайшее время. В ее задачи входит контроль за последними приготовлениями и запуском LHC, анализ работы ускорителя, изучение возможностей его оптимизации. Первое заседание комиссии запланировано на 13 августа. Будем надеяться, что презентации будут выложены на сайте комиссии.

Протонный пучок попадает в основное кольцо LHC из предварительного ускорителя SPS. Линии передачи пучка (transfer lines), соединяющие два этих кольцевых ускорителя, вместе со специальными магнитами на каждом из них составляют вместе инжекционный комплекс коллайдера LHC. Поскольку на LHC будут циркулировать два протонных пучка во встречных направлениях (а на SPS пучок крутится только в однй сторону), инжекционный комплекс состоит из двух частей — для «впрыскивания» протонов в LHC по и против часовой стрелки. Геометрию взаимного расположения этих двух ускорителей см. на втором рисунке к новости Объявлена дата запуска LHC, а подробности про инжекционный комплекс см. в техническом отчете LHC, том III, части 2 и 3.

Для того, чтобы начать работу с пучком на LHC, надо вначале убедиться, что весь инжекционный комплекс работает правильно. К счастью, это можно сделать еще до того, как будет готово к эксплуатации всё кольцо LHC.

9-10 августа прошел успешный тест первой половины системы инжекции — по частовой стрелке (линия передачи пучка TI2 на рисунке, обозначена красным с желтым); см. также подробный технический отчет о результатах теста. Аналогичный тест второй половины (линия передачи пучка TI8) намечен на 23-24 августа. Здесь тоже пучок пройдет не по всему кольцу, а лишь по небольшой дуге и будет поглощен коллиматорами в точке Point 7. Расписание этих тестов см. на странице LHC Injection Tests.

С вечера пятницы по воскресение на LHC проводилась серия тестов линии инжекции («впрыскивания») протонов из предварительного ускорителя в LHC. Это был первый протонный пучок в ускорителе LHC, правда прошел он не по всему кольцу, а только по небольшой дуге и был поглощен специальными пластинами.

Тесты прошли успешно. Еще в пятницу вечером с первой же попытки протонный пучок успешно был передан из предварительного ускорителя в основное кольцо LHC и прошел по дуге до точки поглощения. Это означает, что вся линия инжекции, состоящая из многочисленных магнитов и соединений, собрана правильно и работает должным образом. В течение субботы и воскресения проверялась управляемость пучком, поведение магнитов, и другие технические параметры.

На страничке LHC Injection Test представлены результаты этих тестов

Руководство ЦЕРНа объявило, что первые пучки начнут циркулировать внутри Большого адронного коллайдера 10 сентября. Первые протон-протонные столкновения начнутся примерно месяц спустя.

В ближайший год LHC будет работать в полутестовом режиме, и серьезные исследования начнутся не ранее второй половины 2009 года. Этот год есть в запасе у Тэватрона — протон-антипротонного коллайдера с энергией протонов около 1 ТэВ — для того, чтобы попытаться открыть хиггсовский бозон. Чувствительность Тэватрона непрерывно увеличивается, и недавно мы писали, что он уже вплотную подошел к тому, чтобы начать чувствовать возможные проявления хиггсовского бозона. На конференции ICHEP-08 был представлен доклад, посвященный поиску хиггсовского бозона, и в нём были приведены новые данные с Тэватрона: на уровне достоверности 95% исключена небольшая область масс бозона Хиггса около 170 ГэВ (см. рисунок). По мере накопления и обработки новых данных эта область в ближайшие месяцы будет расширяться.

См. также: 1) пресс-релиз Национальной лаборатории им. Э. Ферми, в которой проводятся эксперименты на Тэватроне. 2) Tevatron New Phenomena, Higgs working group, CDF Collaboration, D0 Collaboration. Combined CDF and Dzero Upper Limits on Standard Model Higgs Boson Production at High Mass (155-200 GeV/c2) with 3 fb-1 of data // препринт arXiv:0808.0534 (5 August 2008).

На прошедшей недавно крупнейшей конференции по физике элементарных частиц ICHEP-08 были сделаны доклады, посвященные подготовке к работе самого коллайдера LHC и двух его основных детекторов — ATLAS и CMS. В докладе «LHC Machine Startup» была кратко обрисована текущая ситуация с охлаждением и многочисленными тестами инфраструктуры ускорительного кольца. Докладчик подтвердил, что если всё пойдет по графику, то первые протонные пучки начнут циркулировать в сентябре, а столкновения протонов начнутся в октябре. Были кратко обрисованы задачи на 2008-й и 2009 годы (см. рисунок).

В докладах «ATLAS Detector Status & Physics Startup Plans» и «CMS Detector Status & Physics Startup Plans» рассказывалось о том, какие работы предстоят в ближайшее время на этих двух детекторах. Их монтаж и проверка работоспособности практически завершены; были выявлены некоторые инженерные проблемы (по разными причинам небольшой процент датчиков не работает должным образом), но на общую работоспособность детекторов они не повлияют.

Оба детектора уже работают: они детектируют частицы космических лучей и с их помощью производится отладка системы сбора и анализа данных. В сентябре, пока в кольце будет циркулировать лишь один пучок, к космическим лучам добавятся события, вызванные столкновением протонов с молекулами остаточного газа в вакуумной камере, а в октябре детекторы начнут работать по-настоящему. В течение 2008 года планируется набрать светимость примерно 10 pb⁻¹.

Презентации можно скачать со страницы пленарных докладов конференции.

В современных коллайдерах пучки частиц не размазаны равномерно вдоль всего ускорительного кольца, а сгруппированы в компактные сгустки, следующие друг за другом на определенном расстоянии. LHC будет рекордсменом не только по энергии протонов, но и по количеству сгустков в протонном пучке — в максимуме светимости в нем будет циркулировать по 2808 сгустков в каждом из двух встречных пучков.

Работа с таким большим количеством сгустков, особенно когда они расположены не на равном расстоянии друг от друга, имеет свои особенности. Дополнительные сложности возникнут на ранних этапах работы коллайдера, когда количество сгустков будет меньше максимального. Недавняя техническая заметка «LHC bunch filling schemes for commissioning and initial luminosity optimization» (CERN-LHC-Project-Note-415, 11 июля 2008) как раз посвящена обсуждених этих особенностей.

Протоны будут разгоняться на LHC до больших энергий не с нуля. Их вначале надо будет получить, затем разогнать до энергии 0,450 ТэВ на предварительном ускорителе (SPS), и потом по специальной линии они будут инжектироваться (т.е. впрыскиваться) в сам LHC. Проверить то, насколько хорошо работает эта линия, не теряется ли пучок по пути, можно будет еще до того, как к работе будет готово всё ускорительное кольцо целиком. Пучок, попав в LHC, не пойдет по всему кольцу, а лишь пройдет по небольшой дуге и будет выведен наружу через систему сброса пучка, либо будет полностью поглощен коллиматорами — специальными пластинами внутри ускорительного кольца, «отрезающими» протонный пучок.

Такие тесты линии впрыскивания протонов намечены на 9-10 августа. Если при этом выявится какая-то проблема, то будет время для ее решения. Подробности см. на странице LHC sector test и в докладе Injection of first beam (pptx, 250 кБ).

В архиве епринтов появились две статьи, посвященные связи экспериментов на LHC с космологией — наукой, изучающей устройство и эволюцию Вселенной в целом.

В небольшом обзоре «Dark Matter and LHC: what is the conneсtion?» (arxiv:0807.2244, 14 июля 2008) обсуждается, какие из кандидатов в частицы темной материи могут быть открыты на LHC. Авторы приходят к выводу (впрочем, неудивительному), что даже если эти частицы будут открыты на LHC, одних лишь его данных будет недостаточно для полного понимания природы темной материи; потребуется совместный анализ данных LHC и других экспериментов.

В другой статье, «Will the LHC look into the fate of the Universe?» (arxiv:0807.2601, 16 июля 2008), рассматривается интересная возможность — как по данным LHC предсказать, какая судьба ждет Вселенную в далеком будущем, т.е. спустя время, намного большее нынешнего времени жизни Вселенной. Оказывается, в некоторых вариантах суперсимметричных теорий возможен переход (в далеком будущем) Вселенной из нынешнего состояния в состояние с более стабильным вакуумом. Оказывается, при удачном раскладе событий данные с LHC позволят нам узнать об этом почти наверняка. Во избежание необоснованных страхов, напомним, что сам по себе эксперимент LHC такое превращение Вселенной не вызовет.

10 июля на сайте рабочей группы по запуску LHC (LHC Commissioning Working Group), в разделе «Документация», появилась свежая техническая информация о параметрах протонных пучков на первых стадиях работы LHC: количество сгустков, количество протонов в сгустке, размеры сгустков и т.д. Там же можно узнать и общую информацию о том, через какие стадии пройдет LHC в процессе запуска.

Охлаждение LHC до рабочей температуры идет с запозданием на несколько недель. Первых протон-протонных столкновений следует ожидать не раньше октября. А в конце ноября ускоритель в любом случае будет остановлен на зиму, и заработает он вновь только весной 2009 года.

Если в природе существует какое-то новое силовое поле и чувствующие его тяжелые частицы, то в определенных ситуациях они могут образовывать макроскопические силовые струны, которые можно будет заметить на Большом адронном коллайдере.

Главная / LHC / Новости LHC

Физики рассчитывают открыть на коллайдере LHC много новых частиц и с их помощью глубже изучить микромир. Новое исследование показывает, что выяснение свойств этих частиц может оказаться гораздо более трудоемким делом, чем считалось до сих пор.

Вычислительные задачи, стоящие перед современной физикой элементарных частиц, становятся столь грандиозными, что заставляют физиков-теоретиков объединяться в большие коллаборации.

Главная / LHC / Новости LHC

Главная / Новости науки

Звезда сериала "Татьянин день" решилась показать себя всю (ФОТО)

65-летняя Елизавета II "дала жару" в ванной (ФОТО)

Вся правда о свадьбе Пугачевой и Галкина! (Фото, Видео)

Большой адронный коллайдер вновь запущен. 28 февраля первые пучки протонов начали циркулировать по 27-километровому туннелю. С сегодняшнего дня специалисты будут постепенно увеличивать скорость движущихся по туннелю протонов, расположенном на 100-метровой глубине на границе Швейцарии и Франции. Их цель при помощи тысяч сверхпроводящих магнитов общей длиной более 22 км, охлажденных до температуры минус 271 градус, разогнать пучки до скорости, практически соответствующей скорости света. Большой адронный коллайдер — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований, на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Большим назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м; адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть частицы, состоящие из кварков; коллайдером (англ. collide — сталкиваться) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения.