ATLAS mierzył całkowity przekrój zderzeń protonów • Igor Ivanov • Wiadomości naukowe na temat "Elementów" • Detektor ATLAS, właściwości Hadrona, Inne eksperymenty na LHC

ATLAS mierzył całkowity przekrój zderzeń protonów

Ryc. 1. Pełna sekcja (górne dane) i protonowy przekrój rozproszenia elastycznego (niższe dane) przy różnych energiach zderzeniowych. Na czerwono Wyświetlany jest pomiar ATLAS, czarny kwadrat – ostatni wynik TOTEM, zacieniowane znaki – wyniki innych eksperymentów zderzających, puste postacie – dane uzyskane z promieni kosmicznych. Krzywe pokazują najlepsze teoretyczne przybliżenie danych. Obraz z omawianego artykułu

W ostatnim preprint, rozproszenie w pp kolizje przy √s = 7 TeV z detektorem ATLAS Współpraca ATLAS raportuje wyniki pomiaru całkowitego przekroju kolizji protonów przy energii 7 TeV. Z definicji ilość ta opisuje prawdopodobieństwo wystąpienia kolizji z protonami cokolwiek (a raczej przynajmniej coś ze względu na silną interakcję). Jest to w rzeczywistości suma na wszystkich sekcjach określonych procesów hadronowych. Wartość ta odgrywa ważną rolę w zrozumieniu, jakie protony są podobne przy wysokich energiach i w jaki sposób się zderzają. Ponieważ całkowity przekrój protonu przy wysokich energiach nie jest jeszcze możliwy do zastosowania w obliczeniach teoretycznych, musi być modelowany na podstawie różnych założeń.Co więcej, obecnie istnieje kilka konkurujących modeli teoretycznych tego procesu. Jego "wizytówką", a jednocześnie jednym z głównych punktów kontrowersji jest fakt, że przekrój ten rośnie bardzo niezwykle powoli wraz ze wzrostem energii (ryc. 1), więc dokładny pomiar wzrostu pozwoli lepiej zrozumieć te modele.

Pomiar opisany w artykule ma charakter szczególny, nie przypomina przytłaczającej większości pomiarów wykonywanych w zderzaczu. Dlatego warto byłoby przynajmniej krótko wspomnieć o kluczowych cechach tego rodzaju pomiaru.

Po pierwsze, całkowity przekrój oddziaływania proton-proton jest tak duży według standardów mikroświata, że ​​jego pomiar wymaga małej jasności – inaczej detektor utopi się w danych. Opublikowany wynik otrzymano przy jasności 80 μB-1To tylko miliardowa część całkowitej jasności LHC. Ale nawet przy tak niskiej jasności zgromadzono miliony zdarzeń, co pozwoliło znacznie zmniejszyć błąd statystyczny.

Po drugie, proces ten mierzy się nie bezpośrednio, sumując wszystkie możliwe kolizje, ale stosując głębokie połączenie pomiędzy całkowitym przekrojem a sprężystym rozpraszaniem w kierunku ściśle do przodu (formuła wyrażająca to połączenie nazywana jest twierdzeniem optycznym).To rozproszenie jest również niedostępne dla bezpośredniej obserwacji: w końcu, jeśli protony po kolizji lecą dokładnie do przodu, to nie są w żaden sposób możliwe do odróżnienia dla detektora z protonów, które po prostu przelatywały obok siebie bez interakcji. Dlatego pomiar ten przeprowadza się w następujący sposób: rozpraszanie sprężyste bada się pod bardzo małymi, ale niezerowymi kątami, do kilku sekund kątowych, a następnie dane ekstrapoluje się do kąta zerowego (ryc. 2). Ta ekstrapolacja wprowadza dodatkowy błąd, ale jest niewielka.

Ryc. 2 Przekrój elastycznego rozpraszania protonów pod bardzo małymi kątami zgodnie z ATLAS. Dane uzyskano w obszarze impulsów poprzecznych od 0,1 GeV i powyżej (według oś pozioma Kwadrat o tej wartości jest pokazany). Ekstrapolacja tej zależności na zerowy pęd poprzeczny umożliwia określenie całkowitego przekroju rozproszenia. Obraz z omawianego artykułu

Po trzecie, ponieważ konieczne jest badanie rozproszenia pod bardzo małymi kątami, oryginalne wiązki powinny kolidować w trybie ultrakrótkiej dywergencji kątowej. Podczas normalnej pracy zderzaka warunek ten nie jest spełniony. Dlatego taki pomiar jest wykonywany podczas krótkich sesji z nieostrego światła.Dane opisane w artykule zostały zebrane podczas jednej z takich sesji w 2011 roku. Ponieważ konwencjonalne detektory nie są w stanie wykryć protonów rozproszonych pod tak niewielkimi kątami, do ich wychwytywania wykorzystywane są specjalne stacje detekcyjne zbudowane w technologii wykrywacza rzymskich doniczek. Zastosowanie tych detektorów w LHC zostało przeanalizowane w naszym zadaniu detektora ruchu w LHC. Kilka takich detektorów zainstalowano w Wielkim Zderzaczu Hadronów; W tej pracy wykorzystano stację ALFA powiązaną z czujnikiem ATLAS.

Zgodnie z wynikami tego pomiaru, całkowity przekrój rozproszenia proton-proton był równy σtot(pp) = 95,35 ± 1,30 mb. Mierzono również elastyczne i nieelastyczne przekroje oraz niektóre inne parametry procesu. Do tej pory był tylko jeden pomiar tej ilości przy energii 7 TeV, uzyskanej w 2011 roku dzięki współpracy TOTEM; następnie dało 98,6 ± 2,2 mb. Obecny wynik ATLAS jest nieco niższy, ale różnica między tymi dwoma wymiarami nie jest zbyt duża, patrz rys. 1. Oba te wyniki są o rząd wielkości bardziej precyzyjne niż to, co fizycy znali przed erą LHC z analizy promieni kosmicznych. W połączeniu z przyszłymi pomiarami całkowitego przekroju 13-14 TeV, pomiary te pozwolą lepiej zrozumieć, który model układu protonów przy wysokich energiach opisuje rzeczywistość bardziej adekwatnie.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: