OHyena
../ ./.. /.// /... .. ... /../
Blog Post

Предложены два новых детектора для LHC

07.09.2017 Np

Поиск явлений за пределами Стандартной модели идет на LHC широким фронтом, начиная от классических вариантов (суперсимметрия, неминимальные хиггсовские сектора, теории объединений) и заканчивая необычными проявлениями, которые встречаются в конкретных теоретических конструкциях. Эта интенсивная программа позволила резко усилить ограничения на многочисленные теоретические предложения, но так и не принесла пока долгожданного открытия. В этой ситуации теоретики, стараясь не отставать от экспериментаторов, предлагают всё новые варианты Новой физики, которые, в силу своего устройства, могли остаться незамеченными во всех предыдущих экспериментах, но которые можно обнаружить в специально поставленных экспериментах.

Проанализировав поток теоретических предложений, экспериментаторы, в качестве ответной меры, разрабатывают концепты новых детекторов и предлагают их на суд научного сообщества. Как правило, это небольшие и недорогие детекторы, заточенные под конкретный тип явлений и которые, к тому же, могут быть установлены прямо внутри существующих помещений. Иногда пространство для таких экспериментов находится в самых неожиданных местах, например в дренажной шахте над основным детектором (см. подробности в прошлогодней новости Предложен новый эксперимент для Большого адронного коллайдера).

30 августа две группы экспериментаторов выложили в архив электронных препринтов две статьи с предложениями новых детекторов для Большого адронного коллайдера. Цели, которые они преследуют, в общем-то близки: они пытаются отлавливать гипотетические частицы, которые очень слабо взаимодействуют с обычным веществом. Однако расположение детекторов, их технологии и тип частиц, к которым они будут чувствительны, различаются.

В первой статье, arXiv:1708.09389, предлагается детектор, названный авторами FASER, что расшифровывается как ForwArd Search ExpeRiment (Эксперимент по поиску в направлении вперед). Наподобие существующих уже LHCf и ALFA, он может быть установлен в окрестности крупного детектора ATLAS или CMS, прямо на оси столкновения протонов, но поодаль, в сотнях метров от «родительского» детектора (см. схему на рис. 1). Если в столкновениях протонов рождаются новые легкие частицы, почти не взаимодействующие с обычным веществом и не имеющие электрического заряда, то они в подавляющем большинстве случаев полетят прямо, не будут отклоняться вслед за пучками и попадут в новый детектор. Туда, конечно, могут попасть и обычные нейтральные частицы, например нейтроны. Чтобы эти частицы не мешали, перед детектором FASER будет установлен мощный поглощающий слой вещества.

Новые частицы могут, кстати, рождаться не только напрямую, но и в распадах нейтральных мезонов — и именно поэтому надо дать мезонам пролететь достаточно большую дистанцию для распада. По такому принципу будет работать другой эксперимент, SHiP. Но только он будет установлен не на LHC, а на предварительном ускорителе SPS, да и столкновения в нем будут выполняться на неподвижной мишени, а не в коллайдере. Нынешнее предложение подчеркивает, что аналогичный детектор можно установить и на LHC, причем он будет очень недорогим и для него уже есть место.

Вторая статья, arXiv:1708.09395, описывает новый детекторный элемент для уже существующего детектора LHCb. Называется он CODEX-b, что означает Compact Detector for Exotics at LHCb (Компактный детектор для поиска экзотики на LHCb). Как показано на рис. 2, его предполагается разместить прямо в том же подземном зале, в котором находится LHCb, а точнее, в отдельной хорошо заэкранированной комнате. В отличие от FASER, он расположен совсем не на оси столкновения, а под большим углом к ней. Новый детектор будет отлавливать долгоживущие нейтральные частицы с высокой проникающей способностью, которые тоже могут родиться прямо в столкновении или в распадах нейтральных мезонов.

Главная особенность, на которую нацелен детектор CODEX-b, это что новые частицы могут сами оказаться нестабильными, но с заметным временем жизни. Они пролетят несколько метров и распадутся на что-то заряженное, а значит, хорошо заметное. Если точка распада будет лежать внутри нового детектора, то он увидит характерную распадную «вилку» заряженных частиц, взявшуюся ниоткуда. Мы, кстати, уже рассказывали про поиски подобных метастабильных частиц в новости Поиск смещенных фотонов в детекторе ATLAS не выявил ничего необычного, но только здесь дистанция до распада побольше, да и варианты распада могут быть самые разные.

В целом, эти два детектора, вкупе с другими сходными предложениями, подчеркивают новую тенденцию в экспериментальной физике элементарных частиц. В ситуации, когда новые крупные коллайдерные проекты оказываются очень дорогими и неизбежно потребуют десятилетия для реализации, нужно по максимуму использовать нынешние установки, например LHC. Его можно оснастить целым семейством скромных по размерам и стоимости вспомогательных детекторов, которые будут решать ограниченный круг задач, но будут очень эффективно дополнять собой детекторы-гиганты.

Источник