Общедоступный сайт эксперимента ATLAS в ЦЕРН: https://atlas.cern/
ATLAS — это многоцелевой эксперимент по физике частиц на Большом адронном коллайдере (LHC) в ЦЕРНе. Раздвигая границы научных знаний, он нацелен на использование всего потенциала открытий LHC. В своих исследованиях ATLAS использует точные измерения в поиске ответов на фундаментальные вопросы: «Каковы основные строительные блоки материи?», «Каковы основные силы природы?», «Из чего состоит темная материя?».
ATLAS — самый большой детектор, когда-либо созданный для коллайдера частиц: 44 метра в длину и 25 метров в диаметре. Его строительство расширило рамки существующих технологий. Детектор перекрывает почти весь телесный угол вокруг точки столкновения пучков. Установка состоит из внутреннего детектора, окруженного тонким сверхпроводящим соленоидом, электромагнитного и адронного калориметров, а также мюонного спектрометра, включающего три больших сверхпроводящих воздушных тороидальных магнита. ATLAS предназначен для регистрации столкновений высокоэнергетических частиц LHC, которые происходят со скоростью более миллиарда взаимодействий в секунду в центре детектора. Более 100 миллионов каналов чувствительной электроники используются для регистрации частиц, образующихся в результате столкновений, которые затем анализируются учеными.
ATLAS — это совместная работа физиков, инженеров, техников, аспирантов и вспомогательного персонала со всего мира. Это одно из крупнейших совместных усилий, когда-либо предпринятых в науке, объединившим 5500 участников, почти 3000 научных авторов. Успех ATLAS зависит от тесного сотрудничества исследовательских групп, расположенных в ЦЕРН, а также в университетах и лабораториях по всему миру.
Команда ОИЯИ входит в число инициаторов эксперимента. Примечательно, что только Италия, США, ЦЕРН и ОИЯИ внесли свой вклад в создание всех основных подсистем детектора ATLAS – сцинтилляционного адронного калориметра TileCal, мюонного спектрометра, адронного и электромагнитного жидкоаргоновых калориметров, внутреннего детектора и TDAQ. К этим работам были привлечены несколько лабораторий Института, наибольшее число участников сосредоточено в ЛЯП ОИЯИ.
Группа ATLAS в ЛФВЭ принимала активное участие в создании торцевого жидкоаргонового адронного калориметра HEC (показан на фото), радиационных испытаниях холодной электроники и других материалов на реакторе ИБР-2. В настоящее время мы участвуем в обслуживании детектора, в анализе экспериментальных данных в рамках рабочей группы Хиггса и в работах, посвященных модернизации детектора.
Планы участия группы ОИЯИ в эксперименте ATLAS представлены здесь в краткой форме в Проблемно-тематическом плане ОИЯИ.
Среди основных результатов, полученных в недавний период работы, можно отметить следующие:
- Сделан важный вклад в реализацию программы первой фазы модернизации триггерной части электроники считывания калориметрической информации с жидкоаргонового калориметра, включая моделирование универсальной микросхемы FESOC, создание прототипа формирователя сигнала, разработка базовой платы FE крейта и аналоговой части цифровой триггерной платы (Ладыгин Е. А.).
- Исследование деградации калориметрического сигнала и стойкости холодной электроники HEC выполнено Джавадовым Н.А.. Расчеты показали, что для HEC следует ожидать ухудшения энергетического разрешения на приемлемом уровне не больше 0.5%, и эту величину можно уменьшить с помощью калибровочных алгоритмов. Этот вывод позволил коллаборации ATLAS отказаться от трудного, рискованного и дорогостоящего сценария вскрытия криостата для замены электроники. Было также показано, что деградация калориметра вследствие радиационных повреждений и старения не приведет к потерям физических сигналов. В качестве примера представлены расчеты снижения эффективности регистрации тяжелого (массой 1 и 2 ТэВ) бозона Хиггса при потере сигнала переднего калориметра в определенной области псевдобыстрот. Они невелики.
- Исследованием рождения бозона Хиггса с распадом на пару b-кварков занимается Ф. Н. Ахмадов, активно участвуя в рабочей группе ATLAS по исследованию процессов совместного рождения бозона Хиггса и векторного бозона (W/Z). Обнаружение распада H→bb было самым значимым результатом, полученным в эксперименте ATLAS в 2020 году. На рисунке – спектр инвариантных масс двух b-струй после вычета всех фоновых процессов за исключением ди-бозонных. Хорошо виден вклад от распадов бозона Хиггса (отмечено красным). На рисунке справа – сечение рождения бозона Хиггса в разных областях поперечных импульсов.
- Поиск заряженного бозона Хиггса, предсказываемого в Минимальном Суперсимметричном расширении Стандартной Модели (MSSM), предложил провести А. А. Солошенко. Рассматривается процесс, в котором заряженный бозон Хиггса распадается на чарджино и нейтралино, а сложная цепочка распадов в итоге дает сигнатуру – три лептона в конечном состоянии плюс заметная величина потерянной энергии. Фейнмановская диаграмма этого процесса представлена на рисунке. Идет проработка деталей предстоящего анализа.
- Группа ЛФВЭ принимает участие во второй фазе модернизации детектора для работы установки при возросшей нагрузке из-за увеличенной в 5-7 раз светимости HL-LHC. В 2019 году ОИЯИ подписал ряд меморандумов об участии Института в Фазе-2 программы модернизации детектора ATLAS. Участники этих работ в ЛФВЭ взялись, в частности, обеспечить качественную оптоволоконную связь для передачи сигналов с передней электроники жидкоаргонового калориметра. Совместно с коллегами из ФИАН был разработан дизайн кабелей и протестированы изготовленные фирмой UNICORD (Москва) длинные оптоволоконные кабели и патч-корды для тестового стенда (“EMF half crate test”). Первые прототипы кабелей и патч-кордов доставлены в ЦЕРН.