4. Что мы узнали ранее
Прежде, чем начать рассмотрение программы научных исследований на LHC, обсудим кратко результаты, полученные на ранее построенных ускорителях.
Ускоритель SPS в ЦЕРНе сейчас используется как инжектор частиц с энергией 450 ГэВ в LHC. В качестве основных результатов, полученных на SPS в предыдущие годы, следует отметить точные измерения общих характеристик адронных взаимодействий при энергиях до 540 ГэВ (полные поперечные сечения, вещественные части амплитуд упругого рассеяния вперёд, дифракционные процессы, инклюзивные распределения, корреляции и т.п.), а также получение первых указаний на коллективные эффекты в соударениях ионов, которые привели к возникновению понятия о кварк-глюонной плазме (КГП). В наши дни SPS также служит как источник нейтринных потоков, направляемых в лабораторию в Гран Сассо в Италии, но на нём проводятся в ЦЕРНе и эксперименты на фиксированных мишенях (например, измерения дилептонных спектров и т.п.).
Упомянем здесь, что для LHC используется тоннель, изначально построенный для Большого электрон-позит- ронного (LEP) коллайдера, в котором происходили взаимодействия встречных пучков электронов и позитронов с полной энергией до 200 ГэВ. Ускоритель LEP был весьма успешным проектом. На нём впервые были найдены и подробно изучены кварковые и глюонные струи, точно измерена константа связи КХД as и её зависимость от энергии (с имеющейся сейчас точностью aS{Mz) = 0,1176 ± 0,002), были открыты и исследованы носители слабых взаимодействий — W- и Z-бозоны, установлен нижний предел массы бозона Хиггса (114 ГэВ), не говоря уже о многих других достижениях. Сейчас LEP не функционирует и его место занято LHC.
Другой, недавно прекративший работу, ускоритель HERA (Hadron-Electron Ring Accelerator) в Гамбурге разгонял и сталкивал пучки электронов с энергией до 27,5 ГэВ и протонов с энергией до 920 ГэВ. Это позволило физикам подробно изучить так называемые структурные функции протонов, т.е. разобраться с кварк- глюонным составом протонов высоких энергий. Наиболее важные результаты связаны с возрастанием числа мягких глюонов в протонном "облаке" и энергетической зависимостью структурных функций (свойство скей- линга и отклонения от него).
Наиболее близким к LHC по энергии и природе сталкивающихся объектов является Тэватрон (Tevatron) в лаборатории им. Ферми вблизи Чикаго. В Тэватроне сталкиваются протоны с антипротонами с энергией почти 2 ТэВ в системе центра масс. Каждая из этих частиц представляет собой пучок кварков, антикварков и глюонов, распределённых внутри её в соответствии со структурными функциями. Поэтому соударения частиц являются источниками сведений о qq-, gg-, уу- и у-померон-процессах. Весьма интенсивными и успешными были также исследования масс и ширин W- и Z-бозонов, а также топ-кварков (приблизительные значения их масс равны соответственно 80,4, 91,2 и 172 ГэВ). Был определён и нижний предел массы хиггс- бозона. Подробно исследовались квантово-хромодина- мические (КХД) струи и процессы с большими поперечными импульсами. Но и сейчас с Тэватрона продолжают поступать сведения, которые вызывают огромный интерес (упомянем, например, о многомюонных событиях (?), обнаруженных недавно). Все эти процессы будут изучены на LHC с ещё большей точностью. Статистика подобных событий (например, струй с такой же энергией) на LHC будет примерно в тысячу раз большей, чем на Тэватроне, при том же времени набора.
Другой ускоритель, RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), действует в Брукхейвене. Основная цель работ на RHIC cостоит в изучении столкновений встречных пучков ионов при их полной энергии до 200 ГэВ на нуклон и в сопоставлении результатов с аналогичными данными о соударениях протонов. Удалось подробно изучить свойства ядерного вещества, образующегося при таких столкновениях, что дало дополнительную поддержку идеям об образовании кварк-глюонной плазмы. Оказалось, что эти свойства ближе к свойствам идеальной жидкости, чем к свойствам газов, как предполагалось вначале (в частности, значения ядерного показателя преломления оказались близкими к 2 - 3 согласно интерпретации в терминах черенковских глюонов). Чётко наблюдались и другие коллективные эффекты — азимутальная асимметрия потоков частиц и смягчение спектров частиц в струях при прохождении через эту среду. Впечатляет и успех работ на RHIC с поляризованными пучками.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.