В феврале 2015 года Новосибирский государственный университет стал участником одного из ведущих мировых экспериментов. Группа физиков НГУ вошла в коллаборацию CMS (Compact Muon Solenoid).
Детектор CMS является одним из двух универсальных детекторов, работающих на LHC (Large Hadron Collider). Вес CMS составляет 14000 тонн, диаметр 15.0 м, длина 28.7 м и магнитное поле 3.8 Т. LHC является самым большим и мощным ускорителем в мире. Это циклический коллайдер длиной 27 километров, расположенный в скальном массиве гор Юра на границе Швейцарии и Франции на глубине 100 метров. Пучки протонов в коллайдере ускоряются почти до скорости света и сталкиваются в нескольких точках, где расположены детекторы. При столкновении их энергия идет на рождение частиц, которые, пролетая через детекторы, оставляют там характерные «следы»: треки и кластеры энерговыделения. Суммарная энергия пучков протонов составляет 13 ТэВ и является рекордной из достигнутых в настоящее время. На детекторе ведется широкий спектр экспериментов по проверке стандартной модели, изучению бозона Хиггса и поиску новых частиц. В коллаборацию входит около 5000 физиков и инженеров примерно из 200 институтов из 50 стран.
Исследования группы НГУ, в которую входят сотрудники лаборатории физики адронных взаимодействий
Физического факультета НГУ
Владимир Блинов, Татьяна Димова, Леонид Кардапольцев, Алексей Козырев, Иван Овтин, Олеся Радченко, Юрий Сковпень и студент Физического факультета НГУ
Степан Захаров, связаны с калибровкой электромагнитного калориметра, созданием новой системы MTD (MIP Timing Detector), радиационными тестами на пучке нейтронов для планируемой модификации детектора CMS для экспериментов на LHC с большой светимостью и анализом данных. Во все перечисленные работы группа НГУ вносит весомый вклад.
Бозон Хиггса был открыт в 2012 году на детекторах ATLAS и CMS. Часть его свойств уже изучена в этих экспериментах и согласуется со стандартной моделью. Измерение свойств хиггсовского бозона и его взаимодействий с другими частицами является критичным для поиска новой физики. Уже с разумной точностью измерены константы связи бозона Хиггса с W и Z бозонами, с t и b кварками, с τ и μ лептонами. Однако многие его свойства в настоящее время еще не изучены. Одним из критических предсказаний стандартной модели является то, что три или четыре хиггсовских бозона могут взаимодействовать в одной вершине. Это следствие механизма спонтанного нарушения симметрии, на котором базируется стандартная модель. Измерение такого взаимодействия является одной из главных задач экспериментов на LHC. Взаимодействие трех бозонов Хиггса проявляется при рождении двух хиггсовских бозонов в протон-протонном столкновении. Основным процессом, позволяющим измерить это взаимодействие, является рождение двух хиггсовских бозонов через рождение виртуального хиггсовского бозона в столкновении двух глюонов. Новый результат CMS по поиску таких событий был получен на данных, набранных за три года (2016–2018), и для поиска использовалось конечное состояние с распадом одного бозона Хиггса в два b кварка, а другого — в два фотона. Группа ученых НГУ в 2019–2020 годах внесла большой вклад в этот анализ.
— Получены самые сильные ограничения на взаимодействие трех хиггсовских бозонов. Были получены и ограничения на взаимодействие двух Z или двух W бозонов с двумя бозонами Хиггса, что также является важным для поиска новой физики, — рассказал Юрий Сковпень. — Поиск рождения двух бозонов Хиггса будет продолжен на данных, которые планируется набрать в течение трех лет начиная с 2022 года, что позволит улучшить чувствительность эксперимента для поиска этого процесса. Дальнейшие планы по наблюдению и изучению рождения двух хиггсовских бозонов связаны с работой LHC с высокой светимостью, которая планируется с 2027 года примерно до середины 2030-х годов.
Полученный результат является большим достижением коллаборации CMS. Результаты опубликованы в журнале CERN Courier. Кроме того, статья направлена в J. High Energy Phys.
