LHCb

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 15. března 2021; kontroly vyžadují 10 úprav .

LHCb (z anglického  Large Hadron Collider beauty experiment ) je nejmenší ze čtyř hlavních detektorů na urychlovači LHC v evropské organizaci pro jaderný výzkum CERN v Ženevě ( Švýcarsko ). Experiment se provádí za účelem studia asymetrie hmoty a antihmoty [1] v interakcích b-kvarků .

14. července 2015 oznámil LHCb objev třídy částic známých jako pentakvarky [2] [3] .

Fyzikální program experimentu

Hlavní cíle experimentu LHCb jsou: studium vzácných účinků porušení CP v rozpadech krásných hadronů ( , , , -mezonů a b- baryonů ), měření úhlů unitaritního trojúhelníku , testování přesnosti předpovědí Standardního modelu (SM) u vzácných radiativních, semileptonických a leptonových rozpadů B -mezonů , studium vzácných rozpadů kouzelných částic a exotických rozpadů τ-leptonů (např. rozpad τ → 3μ, který nezachovává leptonové číslo).

Hledat New Physics

Kandidát fyzikálních a matematických věd Igor Ivanov v článku o Elements , známý popularizátor vědy a specialista na fyziku elementárních částic , poznamenává, že hlavním úkolem Velkého hadronového urychlovače je objev nové fyziky , a to v tomto ohledu je LHCb jediným z experimentů LHC, který pravidelně přináší pozitivní výsledky. Igor Ivanov vyjadřuje opatrný optimismus z hlediska brzkého objevu Nové fyziky na základě analýzy dat, která již LHCb nasbírala a v současnosti (duben 2016) jsou částečně zpracována: „ Teoretici již hovoří o kumulativním rozdílu od SM na úrovni 5σ. Nyní jsou hlavním zdrojem nejistot statistické chyby v experimentu LHCb. Za několik let, kdy bude zpracována významná část statistik běhu 2, se tato chyba sníží dvakrát nebo třikrát - a pak to, co se nyní zdá být náznakem, se může vyvinout v plnohodnotný objev. “ [4] .

LHCb detektor

Nastavení LHCb je jednoramenný spektrometr schopný detekovat stopy částic v rozsahu úhlů od 15 do 300 mrad .

Na detektoru LHCb jsou nainstalovány následující subsystémy:

Vertexový detektor VELO

VELO ( VERtex LOcator ) je křemíkový detektor, který bude schopen provádět přesná měření souřadnic dráhy v blízkosti interakční oblasti, což umožní získat informace o primárních a sekundárních vrcholech s vysokou přesností. Tato data budou použita k rekonstrukci vrcholů produkce a rozpadu okouzlujících a krásných hadronů, což umožní přesně měřit doby jejich rozpadu a parametr dopadu částic pro určení jejich chuti. Měření VELO zároveň významně přispívají ke spouštění nulové úrovně (L0), které obohacuje data B-decay v obecném informačním toku. Subdetektor se skládá ze dvou řad křemíkových senzorů ve tvaru půlměsíce, každý o tloušťce 0,3 mm. Malý zářez ve středu senzorů umožňuje, aby hlavní paprsek LHC prošel detektorem bez překážek. Nabité částice vzniklé srážkami protonů pronikají křemíkem a vytvářejí páry elektron-díra, jejichž elektrony jsou registrovány. Při sběru dat jsou křemíkové senzory umístěny na obou stranách paprsku ve vzdálenosti 7 mm. Ve VELO je 42 smyslových jednotek.

Čerenkov kontruje RICH

Částice letící v prostředí rychlostí přesahující rychlost světla vyzařuje charakteristické elektromagnetické záření, které závisí na její rychlosti. Pokud je v dráze Čerenkovova světla umístěna světlocitlivá rovina (například sestava fotonásobiče nebo vícedrátová komora s pracovním plynem s přísadami fotocitlivých par), pak se úhel θ určí z poloměru prstenec tvořený touto rovinou a kuželem Čerenkovova světla . Tento úhel závisí pouze na poloměru prstence, protože fotosenzory jsou umístěny v ohniskové rovině sběrného zrcadla. Na tomto principu je založen tzv. Ring Image CHerenkov Detector (RICH) .

Na LHCb se používají dva takové čítače: první je umístěn přímo za VELO a před spouštěcím sledovačem, druhý je mezi externím sledovačem a kalorimetry. Jako zářič - médium, kde dochází k emisi Čerenkovova světla - se kromě uhlíkových plynů používá uměle vytvořená látka zvaná aerogel .

Traťový systém

V další fázi identifikace částic se zjišťují hybnosti sekundárních částic, které vznikají nejen v důsledku samotné pp-kolize, ale také v důsledku rozpadů B-mezonu. Tento úkol plní systém Tracking, který se skládá z magnetu a dvou modulů souřadnicových detektorů umístěných po obou stranách magnetu. Magnetické pole ohýbá trajektorii nabitých částic a vychyluje je o určitý úhel nepřímo úměrný hybnosti částice. Síla pole v systému dosahuje 1T. Mezi ochrannou clonou, která zabraňuje pronikání magnetického pole do VELO, a samotným magnetem jsou sledovací stanice (TT), vyrobené z křemíku. Za magnetem jsou tři velké roviny (T1, T2, T3), sestávající z plynových trubic. Kromě toho jsou v blízkosti balíčku Inner Trackery.

Kalorimetrický systém

Dalším podsystémem LHCb je kalorimetrický systém . Struktura systému se skládá ze scintilačního čítače (Scintilating Pad Detector, SPD), jednovrstvého předsprchového detektoru (Pre-Shower Detector, PS) a dvou velkých kalorimetrů typu "kebab" - elektromagnetických (Electromagnetic Calorimeter , ECAL) a hadron (hadronový kalorimetr, HCAL). Hlavním úkolem je měřit energie částic. K dispozici je také výběr (příčnou energií) kandidátů na spoušť první úrovně, která se spustí 4 μs po srážce. Identifikace elektronů, fotonů a hadronů se provádí hledáním a analýzou shluků uvolňujících energii v kalorimetrech a zároveň měřením energií a poloh částic, které vstoupily do kalorimetrů. Vysoce přesná rekonstrukce energetických charakteristik mezonů π 0 a přímých fotonů je důležitým faktorem pro určení chuti mezonu B, který je nezbytný pro celý experiment.

Mionový systém

Protože celková délka radiační dráhy mionu pro tyto energie přesahuje lineární rozměry detektoru, procházejí na rozdíl od jiných částic celým detektorem přímo skrz. Proto jakákoli zaznamenaná stopa v mionové komoře znamená průchod mionu. Pro jejich registraci je na konci detektoru instalován speciální mionový systém. Slouží k identifikaci mionů a generování spouštěcího signálu počáteční úrovně L0. Mionový systém se skládá z pěti stanic M1-M5. První stanice je umístěna před kalorimetrickým systémem, ostatní jsou umístěny za hadronovým kalorimetrem HCAL a jsou odděleny železným filtrem.

Historie

Žádost o vytvoření byla schválena Výborem pro experimenty LHC v roce 1995 [5] .

Poznámky

  1. ↑ Kam zmizela všechna antihmota? . CERN /LHCb (2008). Získáno 15. července 2015. Archivováno z originálu dne 4. dubna 2020.
  2. ↑ Experiment LHCb v CERNu hlásí pozorování exotických částic pentakvarku | Tisková kancelář CERN . Získáno 15. července 2015. Archivováno z originálu 14. července 2015.
  3. ↑ Rincon, Paul . Velký hadronový urychlovač objevil novou částici pentakvarku , BBC News  (1. července 2015). Archivováno z originálu 14. července 2015. Staženo 14. července 2015.
  4. ↑ Novinky o velkém hadronovém urychlovači: Na LHC byl nalezen další náznak porušení standardního modelu . Staženo 22. 4. 2017. Archivováno z originálu 2. 2. 2019.
  5. ↑ Spolupráce ATLAS a CMS slaví 25. výročí . Získáno 18. srpna 2017. Archivováno z originálu 2. února 2019.

Odkazy