Пресс-центр

Эксперимент ATLAS сообщил о результатах поиска новых частиц

Эксперимент ATLAS, проводимый на Большом адронном коллайдере (БАК), опубликовал статью о результатах поиска новых тяжелых калибровочных бозонов, существование которых доказывало бы проявление Новой физики. Намека на новые массивные частицы пока не обнаружено.

В экспериментальной физике элементарных частиц существуют некоторые методы наблюдений, результаты которых всегда вызывают интерес. К такого рода измерениям относится изучение массовых спектров электронных (e⁺e^–) и мюонных пар (μ⁺μ^–), которые образуются при столкновении протонов высоких энергий. Электроны и мюоны достаточно просто выделять и сигнал от частиц, распадающихся по этим каналам, если, конечно, такие частицы существуют, обычно хорошо виден в массовом спектре. Именно в таких измерениях были открыты тяжелые c и b кварки, а также калибровочный Z-бозон. В понедельник вышел препринт статьи эксперимента ATLAS, в которой физики отчитались о поисках такого рода. Была использована вся доступная статистика, набранная в ходе второго этапа работы БАК.

БАК проработал при энергии столкновения протонных пучков 13 ТэВ с 2015 по 2018 гг. Почему же физикам важно использовать весь массив накопленных данных? Во-первых, это позволяет продвинуться в область больших масс. Во-вторых, на большей статистике можно выделить слабый сигнал из фоновых событий, которые неизбежно возникают.

Фактически, абстрагируясь от микроскопической динамики (от вопроса какая именно теория лучше описывает наблюдение), можно поставить некоторые ограничения на массу частицы новой физики и константу её взаимодействия с ди-лептонами – электронными и мюонными парами. Именно такую работу и провёл эксперимент ATLAS.

На рисунках 1 и 2 представлены спектры масс пар e⁺e^– и μ⁺μ^–. Во всем диапазоне спектр гладкий, то есть новых частиц не обнаружено. Чтобы примерно увидеть, в какой диапазон масс физикам удалось продвинуться (увеличив количество протон-протонных взаимодействий в 9 раз), можно мысленно откинуть последние 10 точек на спектрах, приведенных на рисунках. Фактически, получен доступ к диапазону масс 2 – 3 ТэВ для поиска новых тяжелых резонансов.

То, как в такого рода измерениях улучшается чувствительность в области малых масс, можно хорошо проиллюстрировать на измерениях LHCb, о которых мы писали год назад. Они были проведены для меньших масс (труднодоступной области для ATLAS и CMS), но в тоже время статистика стала гораздо выше, на фоне которой должны обнаруживаться нерегулярности спектра, проявляться пиковые структуры - если соответствующие частицы существуют. К сожалению, их не обнаружено.

Поиск Новой физики – главная задача БАК на сегодняшний день. Сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ принимают активное участие во всех упомянутых экспериментах. Так, в эксперименте ATLAS работает детектор переходного излучения (Transition Radiation Tracker), в создании которого принимали участие сотрудники Отделения физики высоких энергий. Этот детектор предназначен для идентификации электронов, что позволят существенно снизить адронный фон. В настоящее время сотрудники Отделения работают над созданием тонкозазорных камер, предназначенных для регистрации мюонов в передней части установки ATLAS.