Более трех лет работает Большой адронный коллайдер

НОВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ 
ИЗВЕСТНЫХ ЧАСТИЦ
Уникальные свойства экспериментов на LHC — 
необыкновенно быстрое получение искомых резуль-
татов. Уже в 2011г. появилось множество научных 
публикаций по данным, полученным на детекторах 
ATLAS и CMS. Мощная компьютерная система LHC 
и хорошо разработанные методы анализа позволили 
быстро их обработать, несмотря на многокомпонен-
тную структуру детекторов и большие потоки инфор-
мации. Так что можно уверенно утверждать, что с 
данными LHC физика частиц вышла на совершенно 
новый уровень.
Отличительной чертой проведенных эксперимен-
тов является высокая энергия взаимодействий про-
тонов. Это важно, несмотря на то, что коллайдер 
еще не достиг проектной энергии соударений про-
тонных пучков в 14 ТэВ. Другой особенностью явля-
ется высокая светимость (частота) соударений. Уже 
в мае 2011 г. LHC стал мировым лидером светимо-
сти, превысив достижение на ускорителе Теватрон в 
Фермиевской лаборатории (США). А в 2012 г. основ-
ные данные получены при светимости 6•10
33
см
-2
с
-1
. 
Впереди выход на проектное значение 10
34
см
-2
с
-1
и выше. Это означает, что информация поступает 
специалистам с небывалыми доселе скоростью и 
объемом.
Подчеркнем: главным итогом экспериментов на 
LHC является подтверждение предсказаний Стан-
дартной модели для широкого ряда процессов. Так, 
при энергии взаимодействия протонов 7 ТэВ измере-
Международное сотрудничество
Детекторы CMS и ATLAS 
и схема их расположения на кольце 
Большого адронного коллайдера.
Наука в России №1, 2013

---

34
Международное сотрудничество
ны сечения рождения тяжелых кварков 
с
, 
b
, 
t
и век-
торных бозонов W и Z. Они хорошо согласуются с 
расчетами по теории возмущений квантовой хромо-
динамики, их точность значительно выше, чем про-
веденных ранее. Например, расхождение экспери-
мента и теории для вероятности рождения 
b
-кварков 
было обнаружено на Теватроне и долгое время оста-
валось актуальной проблемой для анализа. А разра-
ботка новых методов расчета следующих за лидирую-
щим порядков и создание их компьютерных алгорит-
мов для моделирования на LHC обеспечили согласие 
новых измерений и теоретических расчетов.
Измерения кварков и векторных бозонов связаны 
с регистрацией большого количества струй частиц — 
выплесков энергии в очень узких интервалах про-
странственных углов. Их появление обусловлено 
жесткими соударениями партонов — элементов 
структуры начальных протонов. Для исследований 
важно установить тип струи, выяснить, какова при-
рода кварка, ее образовавшего. Для этого использу-
ют прецизионные измерения координат треков 
частиц вблизи точки первичного столкновения про-
тонов. В итоге же надежно выделяются струи, обра-
зованные 
c-
и 
b
-кварками. А образовавшиеся от 
последних струи позволяют пойти дальше и выде-
лить распады значительно более тяжелых 
t
-кварков. 
Реконструированные векторные бозоны, в свою оче-
редь, могут являться дополнительными продуктами 
распада 
t
-кварков. На фоне известных процессов 
идет поиск новых резонансных состояний с больши-
ми массами — они достижимы вследствие большой 
энергии начальных частиц. Правда, пока такие сос-
тояния не найдены, но границы для поиска значи-
тельно раздвинуты.
Новое в физике процессов на LHC проявилось и в 
обнаружении корреляционных явлений в структуре 
сталкивающихся протонов. Выяснилось, что для пра-
вильного описания жестких процессов в этих соуда-
рениях следует учитывать не только однократные 
столкновения кварков и глюонов, но и двойные. 
Введение этих корреляций в расчеты не исчерпывает 
весь класс их множественных взаимодействий. Более 
сложные комбинации учитываются с помощью 
феноменологических моделей (учитывающих свой-
ства процесса). Такой учет особенно важен для моде-
лирования потоков частиц, сопровождающих жест-
кие столкновения кварков и глюонов.
Новые измерения вероятностей рождения тяже-
лых частиц на LHC важны и тем, что ранее на Тева-
троне измерения происходили в столкновениях 
протонов и антипротонов, т.е. при равном количест-
ве кварков и антикварков. В протонных соударениях 
на LHC кварков больше, чем антикварков. Различие 
проявляется в преобладании частиц с положитель-
ным электрическим зарядом над отрицательно заря-
женными.