Material of portal nuclear knowledge BelNET
article / document resource request "1349"
Новости ЦЕРН - Измерение светимости CERN На сайте ЦЕРН опубликована интересная научно-популярная статья "The luminosity measurement on the CMS" - "Измерение светимости на CMS". Эта статья - дополнение к материалу портала BelNET.
В LHC группы из 100 миллиардов протонов сталкиваются 25 миллионов раз в секунду. Но большинство этих протонов промахиваются, поэтому получается не 100 миллионов протон-протонных столкновений, а намного меньше - примерно от 5 до 50. Причина в том, что протоны крошечные, и поэтому между ними много места. Физики разработали новые методы, обеспечивающие потрясающую точность подсчета таких столкновений. Важно знать, как часто в LHC на самом деле сталкиваются частицы. Можно использовать теоретические расчеты, чтобы понять, как часто частицы, например, бозон Хиггса, образуются в столкновениях. Вот где на помощь приходят измерения «светимости». Светимость - это то, как физики описывают, как часто происходят столкновения, а точное измерение светимости требует знания того, как протоны сталкиваются. Давайте дадим группам протонов понятное имя «пучок». И, как и всегда в жизни, каждая группа немного отличается друг от друга. Когда сгустки протонов пересекаются, есть вероятность столкновения некоторых протонов. Насколько будут яркими или светящимися эти перекрестки? Мы не используем свет, но физики тоже любят аналогии, поэтому мы называем количество столкновений светимостью. Допустим, мы считали каждый раз, когда частица проходила через детектор. Для некоторых пересечений сгустков мы насчитали 5, а для других - 50. Получается, что для любого пересечения сгустков трудно (возможно, невозможно) сказать, сколько столкновений действительно произошло. Однако, если мы изучим достаточное количество пересечений, среднее количество частиц будет пропорционально среднему количеству столкновений. К счастью, это среднее значение идеально для нас, и мы можем измерить это среднее значение в секундах, чтобы заметить любые внезапные изменения яркости! Итак, у нас есть все данные наших счетчиков за целый год ... но насколько яркими были лучи, которые мы столкнули? Чтобы понять это, мы тщательно смещаем сгустки протонов из их нормального положения при записи значений нашего счетчика. Этот метод называется сканированием Ван дер Меера (назван в честь лауреата Нобелевской премии Симона ван дер Меера). Он используется для определения яркости, просто используя количество столкновений, которые все еще происходят, когда лучи не точно указывают друг на друга. Этот метод позволяет измерить размер пучка и плотность упаковки протонов в сгустках. Имея это в руках, мы можем проверить размер наших счетчиков и определить количество столкновений. Некоторые эффекты могут повлиять на определение светимости с типичными величинами 0,1–0,5%. Одним из примеров является тот факт, что метод Ван дер Меера требует точного знания сгустков одновременно в горизонтальном и вертикальном направлениях. Люминометры чувствительны к основным условиям сбора данных, некоторые немного меньше, а другие немного больше, из-за своих внутренних ограничений или характера счетчиков. Ведь экспериментальный мир не идеален !. Оба эффекта можно исправить, например, с помощью коротких сканирований, подобных Ван-дер-Мееру, которые регулярно выполняются на протяжении периодов сбора данных в CMS. Последний шаг - следить за тем, насколько стабильна во времени абсолютная калибровка всех люминометров. Например, мы можем сравнивать показатели для разных секций/частей люминометра с течением времени. Используя этот трехэтапный подход, мы получили неопределенность 1,2% в оценке светимости протон-протонных столкновений в 2016 году, что является почти рекордной точностью. Это представляет собой улучшение в два раза по сравнению с первоначальными оценками. Принимая во внимание корреляцию между 2015–2018 годами («Прогон 2»), мы также улучшили примерно на 15% предварительную оценку протон-протонной светимости при 13 ТэВ. В будущем мы ожидаем дальнейшего улучшения. Полная информация доступна здесь. Download:
|
Sign In
