Изучение фундаментальных взаимодействий
в электрон-позитронных и адронных столкновениях

Участвующие страны и международные организации:

Беларусь, Германия, Китай, Италия, Польша, Россия, Швеция, ЦЕРН.

Изучаемая проблема и основная цель исследований:

В настоящее время Стандартная модель является наиболее точным и всеобъемлющим описанием физических явлений в микромире, хотя и не лишена некоторых недостатков. Ряд явлений, предсказываемых теорией, до сих пор не обнаружен экспериментально. Во многих случаях точность предсказаний Стандартной модели ограничена экспериментальной погрешностью измерения свободных параметров теории. В то же время крайне актуальной задачей является поиск новых явлений, не предсказываемых Стандартной моделью. Обнаружение этих явлений может указать пути к развитию теории и устранению имеющихся недостатков.

Основным инструментом в такого рода исследованиях являются эксперименты на коллайдерах, как протон-протонных (LHC), так и на электрон-позитронных. При проведении измерений с высокой точностью эксперименты на электрон-позитронных столкновениях имеют ряд преимуществ, включая хорошо известную кинематику начального состояния и отсутствие значительного адронного фона, характерного для протонных коллайдеров.

В рамках данной темы проводится поиск новых явлений и проверка предсказаний Стандартной модели в распадах чармония и тау-лептона на наилучшем и в настоящее время единственном источнике экспериментальных данных по рождению чармония и тау-лептонов в e +e - столкновениях – эксперименте BESS-III на электрон-позитронном коллайдере BEPC-II. Также ведется подготовка экспериментов на планируемых в будущем электрон-позитронных коллайдерах сверхвысоких энергий (ILC, CLIC, CEPC, FCC-ee).

Важным дополнением к исследованиям на электрон-позитронных коллайдерах являются исследования на пучках адронов в планируемом эксперименте AMBER, нацеленные на проверку предсказаний КХД, включая прецизионное определение радиуса протона в упругих мюон-протонных столкновениях, адронную спектроскопию, изучение структуры адронов с использованием процесса Дрелла-Яна, процессов с рождением прямых фотонов и состояний чармония. Эксперимент AMBER (Apparatus for Meson and Baryon Experimental Research) это новый эксперимент с фиксированной мишенью на пучке M2 ускорителя SPS в ЦЕРН.

Ожидаемые результаты по завершении этапов темы или проектов:

1. Прецизионная проверка предсказаний КХД и Стандартной модели в лептонных распадах очарованных мезонов.

2. Уточнение свойств малоизученных состояний чармония и поиск новых переходов между ними.

3. Поиск экзотических (XYZ) состояний, изучение их свойств и установление их природы.

4. Изучение спектра легких адронов. Поиск экзотических состояний (глюболы, гибриды, мультикварки). Решение проблемы "лишних" мезонных и "недостающих" барионных состояний.

5. Измерение R-отношения в интервале 2,0-6 ГэВ.

6. Измерение массы тау-лептона с высокой точностью.

7. Создание универсального генератора Монте-Карло, описывающего основные процессы в e +e - аннигиляции с радиационными поправками на уровне более одной петли, учитывающего поляризацию частиц начального и конечного состояний.

8. Создание структурных программных модулей для вычисления радиационных поправок на уровне 2 и 3 петли для электрослабых и сильных петель соответственно.

9. Оценка потенциала коллайдеров CLIC, FCC, CEPC в области прецизионных измерений и поиска новой физики на основе полного моделирования и реконструкции отклика экспериментальной установки.

10. Подготовка предложений для физической программы Супер С-тау фабрики.

11. Получение информации о среднеквадратичном радиусе протона в упругих мюон-протонных столкновениях.

12. Измерений функций партонных распределений в процессе Дрелла-Яна с участием пиона и протона.

13. Проведение методических исследований и разработка прототипов детекторов Микромегас для модернизации установки AMBER.

Ожидаемые результаты по этапам темы или проектам в текущем году:

1. Анализ данных эксперимента BES-III.

2. Разработка программного обеспечения эксперимента.

3. Создание генератора Монте-Карло для процессов упругого рассеяния, рождения пары фотонов, рождения пары топ кварков в e⁺e^- столкновениях.

4. Оценка потенциала коллайдеров CLIC, FCC, CEPC по поиску новых физических явлений, в том числе по поискам ненулевого размера электрона, дополнительных пространственных измерений, возбужденных электронов.

5. Подготовка предложений для физической программы Супер С-тау фабрики.

6. Проведение пробного сеанса по измерению радиуса протона.

7. Создание прототипа детектора Микромегас размером 50 см х 50 см и проведение испытаний на тестовых пучках.

Сотрудничество по теме: