1 Статус современного коллайдерного эксперимента С.Г. РубинК.М. БелоцкийМ.Н. Стриханов. - презентация

1 1 Статус современного коллайдерного эксперимента С.Г. РубинК.М. БелоцкийМ.Н. Стриханов

2 2 Рост энергии ускорителей LHCTevatron Ernest Lawrences first cyclotron (1931) ? SSC У-70 ISR SppS VEPP-2000 (1x1 ГэВ) VEPP-4M (6x6 ГэВ) CESR-C (6x6 ГэВ) BEPC-II (1.89x1.89 ГэВ) DAФNE (0.7x0.7 ГэВ) KEKB (8x3.5 ГэВ) ILC (250x250 ГэВ 500x500 ГэВ)-? LEP (104.5x104.5 ГэВ) LHC (pp: 3.5x3.5 ТэВ 7x7 ТэВ, PbPb: 1.38x1.38 ТэВ/N 2.76x2.76 ТэВ/N) RHIC (pp: 0.25x0.25 ТэВ, AuAu: 0.1x0.1 ТэВ/N, СuСu: 0.1x0.1 ТэВ/N) Tevatron (p-anti{p} – 0.9x0.9ТэВ) e+e-e+e- pp, AA УНК

3 3 Коллайдерные эксперименты: основные направления исследований Проверка Стандартной Модели Механизм Хиггса – поиск бозона Хиггса Исследование свойств W и Z бозонов Сильные взаимодействия – феноменологические модели, решеточные вычисления Изучение кварк-глюонной материи Изучение процессов рождения и распада тяжёлых кварков. Изучение процесса адронизации партонов Изучение фотон-адронных взаимодействий Явления, не описываемые Стандартной Моделью Поиск объяснений: 1)Барионная асимметрия. 2)Природа темной материи. 3)Проблема массы нейтрино. Проверка гипотез: Суперсимметрия Модели с большим количеством пространственных измерений Теория суперструн Теории с сильной гравитацией на масштабе энергий порядка 1 ТэВ. Легкие черные дыры Тяжелые нейтрино Преонные модели, модели с новыми типами взаимодействия

4 4 Проверка КХД (Поиск КГП) Струя с одной стороны и рассеянный вылет частиц с другой STAR, ATLAS, ALICE

5 5 Рождение антиядер на ускорителе STAR Следствием образования КГП также является рождение ядер и антиядер примерно в равных количествах. ? => Светимость в 10 3 раз выше! Антипротон -1955Антипротон год на ускорителе протонов в БерклиБеркли Антидейтрон , Брукхейвен; Антигелий , Серпухов, Антитритий , Серпухов,

6 6 Поиск бозона Хиггса LEPTevatron На LHC исключил интервал: LHC ( ) m~120 ГэВ => нестабильность вакуума при >~10 8 ГэВ => НОВАЯ ФИЗИКА! m>470 ГэВ константа самодействия поля Хиггса ~1 и надо учитывать весь ряд теории возмущений m

7 7 Суперсимметричные частицы – претенденты на роль скрытой массы Имитация события рождения pp 2 с-кварка 2 кварк (струи) + 2 нейтралино (потерянная энергия) ATLAS, CMS Поиск суперсимметрии – одно из решений проблемы темной материи -с-кварк -нейтралино Недостающая энергия струя

8 8 Поиск дополнительных измерений (1) – одно из решений проблемы темной материи Мир на бране Универсальные доп.измерения Образование черных дыр P P Процессы с участием КК-гравитонов ATLAS, CMS Рождение частиц Калуца-Клейна Недостающая энергия струя

9 9 Поиск дополнительных измерений (2) результаты ограничения на D-мерную массу Планка (M D ), массы КК-частиц (КК- гравитон, КК-фотон, КК-глюон) АТЛАС мир на бране Поиск черных дыр Поиск нестабильного КК-фотона (pp q KK q KK KK KK +E Tmiss ): m( KK )=1/R > 1,23 ТэВ Поиск квантовых черных дыр (pp QBH 2 jets): M D >3.62 ТэВ (d=6) Поиск КК-гравитона (pp G KK ee, ): m(G KK ) > 1,63 ТэВ

10 10 Проблема барионной асимметрии : Суперсимметрия и дополнительные измерения – возможные решения проблемы LHCb 1)Нарушение барионного числа 2)Нарушение CP-четности 3)Нарушение равновесия Условия Сахарова Эксперименты по поиску нарушения барионного числа??

11 At what Energy is the New Physics? A lot accessible to the LHC Dark matter Origin of mass from John ELLIS Космические лучи 10 6

12 12 Перспективы коллайдеров Насколько далеко мы можем продвинуться по энергетической шкале? Вывод: безопасно исследовать долю всего энергетического масштаба E лаб =10 20 эВ E ци =(2mE лаб, ) 1/2 =10 6 ГэВ ………………………………… ГэВ Оставшийся энергетический интервал для исследования новой физики Космические лучи

13 13 Non vi, sed arti! 1. Увеличение светимости пучков LHC (10 34 с -1 см -2 ) SuperLHC, 2020… (10 35 с -1 см -2 ) 2. Совершенствование детекторов * калориметр с высоким разрешением * Прецизионные измерения магнитного момента a=(g-2)/2 => a эксп -a теор = ( ) Использование лептонных пучков * более «чистый» источник информации Поиск новой физики без увеличения энергии

14 14 Многомерная планковская шкала m d Есть ли надежда проверить всю энергетическую шкалу? Мир на бране Универсальные доп.измерения Мы можем «почувствовать» доп. измерения, если их размер d – ЧИСЛО ДОП.ИЗМЕРЕНИЙ Допустимые значения d-мерной массы Планка Допустимые значения d-мерной массы Планка Допустимые значения d-мерной массы Планка Допустимые значения d-мерной массы Планка ТэВ-ная гравитация P P

15 15 Заключение Безопасный энергетический предел возможно будет достигнут в обозримом будущем Фундаментальные эффекты могут лежать вне достижимости по энергиям. Может потребоваться переориентация усилий на кардинальное совершенствование детекторов

16 16 Спасибо

17

18

19 19 Коллайдерные эксперименты: основные направления исследований Проверка Стандартной Модели Сильные взаимодействия – феноменологические модели, решеточные вычисления Механизм Хиггса – поиск бозона Хиггса Явления, не описываемые Стандартной Моделью 1)Барионная асимметрия. 2)Природа темной материи Вселенной. 3)Проблема массы нейтрино. Основные теоретические направления Суперсимметрия. Дополнительные измерения. Теория суперструн

20 20 Проблемы, решаемые на коллайдерах КХД: Изучение кварк-глюонной материи Изучение процессов рождения и распада тяжёлых кварков. Феноменология взаимодействий адронов Изучение процесса адронизации партонов Изучение фотон-адронных взаимодействий Проверка модели электрослабых взаимодействий: Экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса Исследование свойств W и Z бозонов За рамками СМ: Поиск суперсимметрии Модели с большим количеством пространственных измерений Теории с сильной гравитацией на масштабе энергий порядка 1 ТэВ. Легкие черные дыры Поиск тяжелых нейтрино Преонные модели Модели с новыми типами взаимодействия Стандартная Модель

21 21 Проверка природы массы нейтрино на ускорителе Механизм «see-saw» pp Z N+N+e,μ pp W R e+N+X N e+q+q Поиск тяжелого майорановского нейтрино N на ускорителе ATLAS, CMS струя стуря

22 Прочие исследования Сильные взаимодействия: жёсткие адронные реакции (q+g) пертурбативная КХД полужёсткие реакции (q+g+q+g+q+..) непертурбативная КХД низкоэнергетические (мягкие) адронные реакции (h1+h2) феноменология Редже исследование рождения {cc} (HERA, LHC,..) e+e- адроны (ВЭПП-2000) => g => новая физика (SUSY,…) адронизация статические свойства адронов (h) m, Г, s,, C, P,.. кварковые, глюонные структур.ф-ции спиновые структ.ф-ции Иcследование сверхслабых эффектов: Редкие распады b, b с => новая физика (SUSY,…) (LHC) Осцилляции B0-мезонов (Данилов)

23 Действующие коллайдеры RHIC (AuAu: 0.1x0.1 ТэВ/N, СuСu: 0.1x0.1 ТэВ/N), LHC (PbPb: 1.38x1.38 ТэВ/N 2.76x2.76 ТэВ/N) e+e-e+e- VEPP-2000 (1x1 ГэВ), VEPP-4M (6x6 ГэВ), CESR-C (6x6 ГэВ), BEPC-II (1.89x1.89 ГэВ), DAФNE (0.7x0.7 ГэВ), KEKB (8x3.5 ГэВ ),…? ILC (250x250 ГэВ 500x500 ГэВ) pp LHC (3.5x3.5 ГэВ 7x7 ТэВ), RHIC (0.25x0.25 ТэВ) AA Прецизионные измерения на невысоких энергиях => поиск новой физики в N-м знаке после запятой Прямой поиск новой физики на максимальных энергиях Поиск КГП

24 24 Физика массы нейтрино (1) See-saw механизм генерации массы нейтрино Чтобы избежать проблемы с экспериментально-измеряемыми параметрами СМ при m D

25 25 2. Progress of phenomenological approach 3) ADD type models (or low energetic gravity). Ordinary matter is considered to be captured on 4d brane (M 4 ) of

26 Диаграмма Ливингстона Ускорение в плазме (мечты)