Ученые Томского политехнического университета предложили модель, улучшающую калибровку светимости Большого адронного коллайдера. Она основана на негауссовом распределении частиц при Ван-дер-Мееровском сканировании пучков заряженных частиц. В ряде случаев предложенная политехниками модель на 10-20% лучше описывает экспериментальные данные.
Результаты исследований опубликованы в журнале The European Physical Journal C (Q1, IF: 4,4).
Светимость — ключевая величина, характеризующая работу коллайдеров заряженных частиц. Она дает ученым понимание о количестве столкновений частиц. Точное определение — важная задача физики коллайдеров. Для правильной калибровки детекторов, предназначенных для измерения светимости, используется сканирование пучка по методу Ван-дер-Меера. Измеряется перекрытие пучков в зависимости от расстояния между орбитами пучков, потом через известную процедуру вычисляется калибровочная постоянная с учетом многих влияющих факторов.
«Мы достаточно активно участвуем в группе по анализу светимости в эксперименте CMS на Большом адронном коллайдере. Обычно модели, используемые для извлечения наблюдаемых данных из данных сканирования Ван-дер-Меера, предполагают гауссово распределение частиц во встречных пучках с какими-то искусственными поправками. Такой способ пусть и хорошо описывает эксперимент, но не выводится из реального распределения частиц в пучке», — отмечает один из авторов исследования, аспирант Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Абед Мохамед Атеф Мохамед.
Политехники рассмотрели достаточно общую, отличающуюся от гауссовой, модель плотности частиц, которая реально описывает пучок Большого адронного коллайдера, рассчитали перекрытие пучков, на основании этого смоделировали Ван-дер-Мееровское сканирование и протестировали новую модель на реальных данных. Исследование показало, что предложенная политехниками модель в ряде случаев на 10-20% лучше описывает экспериментальные данные.
«Известно, что сталкивающиеся сгустки имеют негауссовы хвосты. Негауссову форму хвостов можно объяснить различными эффектами динамики пучка, а также взаимодействием с оборудованием ускорителя. Эти совокупные эффекты изменяют населенность сталкивающихся сгустков от хвоста к ядру и влияют на абсолютную светимость. Наша работа учитывает такие негауссовы хвосты пучка и дает оценку их влияния на калибровку светимости. Наша модель уже применяется на LHC, но имеет и более широкий потенциал в коллайдерной физике как для HL-LHC, так и для других коллайдеров», — добавляет один из авторов исследования, научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Антон Бабаев.
Ученые продолжат исследовать негауссовое распределение с целью усовершенствовать калибровку светимости коллайдеров.
Справка
Ученые ТПУ участвуют в работе нескольких коллабораций и департаментов Европейской организации по ядерным исследованиям — ЦЕРН. Так, в коллаборации CMS ученые вуза ведут исследования в рамках проекта BRIL по измерению светимости.
В коллаборации LHCb они работают над модернизацией трекового детектора Sci-Fi, проводят анализ распадов прекрасных и очарованных мезонов, ведут поиск экзотических частиц.
В рамках коллаборации NA64 ведутся исследования по поиску темной материи, в эксперименте COMPASS проводят исследования структуры адронов. Томские политехники также участвуют в создании новейших методов диагностики и управления пучком протонов коллайдера совместно с отделением по ускорительным технологиям.
Информация предоставлена пресс-службой Томского политехнического университета
Источник фото: ru.123rf.com