Физика на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider, LHC), страница 7

Несколько отличным является подход, выбранный на В-фабриках в KEK (Япония) и SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) (США). Большие интенсивности пуч­ков позволили провести аккуратные измерения свойств семейства Т-бозона, а также других процессов с рожде­нием b-кварков. Это привело к более ясному пониманию как проблемы нарушения CP-инвариантности и опреде­лению элементов матрицы Кабиббо-Кобаяши-Мас- кавы (CKM-матрицы), так и возникновения различий между веществом и антивеществом, а также позволило более детально исследовать редкие распады частиц и получить ограничения на массы суперсимметричных партнёров известных нам частиц.

В одной статье невозможно подробно рассказать о всех достижениях экспериментальных исследований на этих ускорителях, не говоря уже о поистине революцион­ных теоретических, связанных с этими исследованиями, идеях, которые часто определяли их направленность. Однако главные проблемы и указания для эксперименти­рования на LHC проясняются уже на основе вышеска­занного.

5. Основные цели экспериментов на Большом адронном коллайдере

Как было и ранее, основными задачами экспериментов на LHC будут поиски ранее неизвестных, ненаблюдав- шихся явлений. Некоторые указания на такие явления следуют из теоретических работ.

Основное внимание сейчас уделяется поискам так называемого бозона Хиггса. Его наличие связывают с идеей о природе масс частиц и их разнообразии. В теории проявление массы приписывается обменам бозоном Хиггса. Пока мы не понимаем, почему массы большин­ства "элементарных" составляющих вещества столь сильно различаются. В частности, масса топ-кварка больше масс нейтрино в 1014 раз (!), не говоря уже о нулевой массе фотона.


Направления поисков бозона Хиггса определяются различными механизмами рождения и мод распада этой частицы. Наиболее вероятный интервал масс бозона Хиггса оценивается современной теорией как равный 120 ± 6 ГэВ. Субдетекторы на малые углы позволят изучать эксклюзивные процессы рождения бозона Хиггса с такой массой в центральной области с выделе­нием двух конечных протонов при большой величине интервала псевдобыстрот между ними. "Золотая" мода распада на два Z-бозона, каждый из которых, в свою очередь, распадается на два мюона, проявится при массах более 200 ГэВ. Именно такой величиной массы изначально определялись конструкции детекторов ATLAS и CMS и их пропорции. ATLAS длиннее CMS, но он обладает менее сильным магнитным полем. Это предопределено требованием измерять импульсы мюо- нов с точностью не менее 10 %, а относительная ошибка в измерении импульсов обратно пропорциональна вели­чине магнитного поля и квадрату длины трека внутри детектора. Если же окажется, что масса бозона Хиггса находится где-то в области 1 ТэВ, то надо будет изучать его каналы распада с рождением W-, Z-бозона и струй в разных комбинациях. Конечно, увеличение числа кана­лов распада приводит к заметному возрастанию ши­рины распада бозона Хиггса. Необходимо также регист­рировать фотоны, b-кварки, тау-лептоны, для того чтобы получить убедительные доказательства наблюде­ния бозона Хиггса. Но мы ещё даже не знаем, сущест­вует ли только один бозон Хиггса или их несколько, обладают ли они внутренней структурой и при общем возрастании ширины распада не перекроются ли они по массам так, что почти сольются с фоновыми собы­тиями.

Другое важное направление связано с поисками суперсимметричных партнёров уже известных частиц (счастиц). Счастицы предсказываются теоретически как следствие возможной суперсимметрии нашего мира. Однако ввиду нарушения этой суперсимметрии такие частицы должны быть очень тяжёлыми, и потому они до сих пор не обнаружены. Их проявление в эксперименте будет определяться тем, насколько они тяжелы. Попе­речные сечения для процессов, выходящих за рамки Стандартной модели, оцениваются как лежащие в интер­вале от нескольких фемтобарн до нескольких пикобарн.