ATLAS.

Модернизация установки и физические исследования на LHC

Участвующие страны и международные организации:

Азербайджан, Армения, Беларусь, Болгария, Германия, Грузия, Израиль, Испания, Италия, Канада, Нидерланды, Россия, Словакия, США, Франция, ЦЕРН, Чехия.

Изучаемая проблема и основная цель исследований:

Исследование протон-протонных взаимодействий при сверхвысоких энергиях LHC (до 14 ТэВ); в том числе детальное изучение структуры нуклона; поиск и исследование бозонов Хиггса, поиск суперсимметричных частиц и новых физических явлений, а также изучение физики тяжелых кварков, прецизионные измерения в области стандартной модели, участие в развитии программного обеспечения эксперимента АТЛАС и в модернизации основных систем детектора.

Краткая аннотация и научное обоснование:

Главная цель международного эксперимента ATLAS – это изучение протон-протонных взаимодействий при рекордных энергиях коллайдера LHC (от 7 до 14 ТэВ). Эти взаимодействия являются источником разнообразных (в том числе и неизвестных ранее) физических процессов, происходящих на уровне элементарных частиц – фундаментальных и мельчайших элементов материи. Исследование такого сорта процессов и последующее описание их в рамках единой мировоззренческой концепции является главной задачей современной физической науки.

В частности, с помощью установки ATLAS уже ведется тщательная проверка современной Стандартной модели физики частиц, определяются границы ее применимости, ищутся ответы на ключевые вопросы современного этапа развития физики и астрофизики, такие, например, как природа темной материи во Вселенной, наличие дополнительных пространственных измерений и т.п.

Многоцелевой детектор ATLAS (как и CMS), работающий на самом передовом по достигнутой в лабораторных условиях энергии сталкивающихся протонов коллайдере LHC в ЦЕРН, представляет собой уникальный и беспрецедентный по своей сложности физический прибор, который, с одной стороны, аккумулирует в себе наиболее передовые достижения современной науки, техники, технологии и средств коммуникаций, а с другой стороны, гарантирует (в силу вышесказанного) решение главной задачи его создания – производство совершенно новых знаний об окружающем нас мире. Поэтому участие в таком масштабном международном проекте, как эксперимент ATLAS на LHC, представляется совершенно необходимым для такой международной организации как ОИЯИ. Это доступ к новейшим технологиям, это сопричастность в получении уникальнейших научных результатов.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:

На основе многопланового и всестороннего исследования процессов рассеяния протонов будут получены совершенно новые и уникальные экспериментальные данные. Анализ этих данных даст возможность решить ряд наиболее фундаментальных физических проблем. Сотрудники ОИЯИ в рамках данного проекта примут участие в решении ряда таких проблем.

Планируется получить совершенно новые данные и опубликовать статьи по всем отмеченным выше физическим задачам, за которые отвечают сотрудники ОИЯИ. Наиболее важные из них – исследование структуры протона и спектра адронных состояний и проверка Стандартной модели физики частиц при энергиях LHC, поиск и исследование проявлений суперсимметрии, поиск свидетельств существования новых частиц и новых взаимодействий. Помимо этого, сотрудники ОИЯИ получат новые результаты, которые позволят уточнить свойства уже известных элементарных частиц, таких как W- и Z-бозоны, топ-кварк, тяжелые барионы и другие.

В результате выполнения данного проекта, нацеленного на решение задач наивысшей научной значимости, будут также получены уникальные результаты прикладного характера, способные кардинальным образом изменить качество жизни. В числе таких «побочных» результатов необходимо отметить приобретение опыта по созданию, отладке и эксплуатации систем удаленного мониторинга сложных технических аппаратов, работу с большими базами данных, а также разработку и практическое использование в условиях проведения долгосрочного и крупномасштабного эксперимента системы распределенных вычислений (GRID) и приложений мониторинга баз данных.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:

1. Участие в эксплуатации детектора ATLAS, поиск и изучение характеристик дополнительных экзотических (в том числе и киральных) Z*-, W*-бозонов в их двухструйных каналах распада в процессах ассоциативного рождения с тяжёлыми b- и t-кварками.

2. Поиск заряженного суперсимметричного типа бозона Хиггс по их трехлептонной моде распада.

3. Анализ данных ассоциативного рождения СМ бозона Хиггса и топ-антитоп кварковой пары и поиск ассоциативного рождения СМ бозона Хиггса с одним топ-кварком.

4. Поиск проявлений валентно-подобной непертурбативной компоненты тяжелых кварков в протоне (intrinsic heavy quarks).

5. Поиск новых и изучение свойств известных адронов и барионов, содержащих тяжелые c- и b-кварки.

6. Изучение тройного дифференциального сечения процессов Дрелла-Яна и углов смешивания в распадах Z-бозона.

7. Всестороннее исследование глюонной структуры протона и т.п.

8. Поиск квантовых чёрных дыр.

9. Участие в разработке системы индексирования событий по триггерам.

10. Участие в разработке и поддержание системы TDAQ.

11. Разработка приложений мониторинга баз данных.

12. Участие во второй фазе модернизации мюонного спектрометра и калориметрических систем детектора.

Краткая аннотация и научное обоснование:

Вторая фаза модернизации детектора АТЛАС нацелена на подготовку установки к работе в условиях большой светимости LHC. Во время первой фазы, успешно завершившейся в 2022 году, основным вкладом группы ОИЯИ было участие в реализации проекта создания нового мюонного колеса – важного элемента мюонного спектрометра. Работа по модернизации мюонного спектрометра продолжается в части создания камер RPC. Проводится разработка, испытания и изготовление системы считывания сигналов жидко-аргонового калориметра (LAr) на основе оптоволоконной технологии. С участием ОИЯИ ведется создание нового высокогранулярного детектора с высоким временным разрешением (HGTD).

Ожидаемые результаты по завершении проекта:

Завершение модернизации детекторных систем позволит обеспечить стабильную и эффективную работу установки АТЛАС при светимости LHC на уровне в 5–7 раз выше проектной величины около 10³⁴ cm^-2 s^-1, и набрать полную статистику на уровне 3000 fb^-1.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:

Разработка и создание прототипов камер RPC. Создание оптоволоконных кабелей для тестового стенда LAr. Создание прототипа оснастки для сборки HGTD.

Сотрудничество по теме: