Opisali zderzenia przy 13 TeV
Naukowcy pracujący przy Wielkim Zderzaczu Hadronów opisali to, co dzieje się podczas zderzenia protonów. Po dwuletniej przerwie Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) rozpoczął pracę z najwyższą przewidzianą dla niego mocą. Cząsteczki zderzają się z energią 13 teraelektronowoltów (TeV).
Profesorowie Yen-Jie Lee, Gunther Roland i Bolek Wyslouch z MIT-u opublikowali na łamach Physical Letters B wyniki swoich eksperymentów.
Podczas rozruchu LHC wykorzystano dwa strumienie protonów poruszające się naprzeciwko siebie z prędkością bliską prędkości światła. Każdy strumień składał się z 476 paczek po 100 miliardów protonów każda. Do zderzeń pomiędzy protonami dochodziło co 50 nanosekund. Uczeni przeanalizowali 20 milionów interakcji pomiędzy wiązkami protonów i znaleźli w nich 150 000 przypadków zderzeń proton-proton. W każdym takim przypadku przeanalizowali liczbę powstałych cząstek oraz kąt ich poruszania się. Okazało się, że wskutek przeciętnego zderzenia protonu z protonem powstaje około 22 hadronów, które głównie rozpraszały się wzdłuż płaszczyzny poprzecznej wokół miejsca zderzenia. Okazało się też, że w porównaniu ze zderzeniami o energii 7 Tev przy 13 TeV powstaje około 30% więcej cząstek.
Profesor Lee zauważa, że wyniki tych badań potwierdzają hipotezę mówiącą, iż wraz ze wzrostem energii zderzeń rosną szansę na znalezienie nieznanych obecnie cząstek. Jednak aby je odnaleźć, naukowcy muszą dowiedzieć się więcej o typowych wynikach kolizji. Przy wyższej intensywności pracy w każdej sekundzie zaobserwujemy setki milionów zderzeń. Problem w tym, że niemal wszystkie te zdarzenia są typowe, będą tworzyły tło. Naprawdę musimy dobrze rozumieć to tło, żeby być w stanie wyodrębnić z niego nowe sygnały. Przygotowujemy się do potencjalnego odkrycia nowych cząstek - stwierdza Lee.
Energia 13 teraelektronowoltów to bardzo mała dawka energii. Tyle ma jej lecący komar. Jednak, gdy jest ona upakowana w protonie biliardy razy mniejszym od komara, gęstość energii staje się kolosalna. Gdy protony się zderzą, zostają rozbite na swoje części składowe, które mogą wchodzić w interakcje i stworzyć nowe cząstki. Naukowcy starają się więc przewidzieć liczbę nowych cząstek powstających ze zderzeń, gdyż pomogłoby to w obliczeniu prawdopodobieństwa wykrycia nowych cząstek. Jednak problem w tym, że obecnie stosowane modele pozwalają na przewidywania z prawdopodobieństwem 60-70 procent, zatem są bardzo niedokładne. Przy wiązkach o wysokiej jasności możemy mieć do 100 zderzeń, więc obecne modele dają zbyt dużą niepewność odnośnie szumu tła, mówi Lee.
Uczony wraz z zespołem wpadli na pomysł, jak zwiększyć precyzję obliczeń. Wykorzystali w tym celu wykrywacz CMS, który używa magnesu o bardzo silnym polu magnetycznym. Podczas zderzeń powstają lekkie cząstki o niewielkim pędzie, które nie zaginają swoich torów w polu magnetycznym CMS-a, ale podążają do głównej części LHC. Naukowcy wyłączyli więc magnes CMS-a, dzięki czemu mogli bardzo precyzyjnie policzyć cząstki, powstałe w czasie zderzenia. Obliczenia były na tyle precyzyjne, że margines błędu zmniejszył się z 30-40 do zaledwie kilku procent.
Teraz uczeni, mogąc dokładnie przewidzieć, ile cząstek powstanie podczas zderzenia, mogą też precyzyjnie wyodrębnić szum tła i z większą precyzją wykrywać ewentualne nowe cząstki powstające w akceleratorze. Uczeni chcą w najbliższym czasie przeprowadzić podobny eksperyment w odniesieniu do jonów ołowiu, z których każdy zawiera 208 protonów i neutronów. W czasie ich zderzeń pojawiają się setki interakcji i powstaje niezwykle gęste medium, w którym, jak sądzą naukowcy, panują warunki podobne do tych z czasu Wielkiego Wybuchu.
Komentarze (0)